川大教授自筹经费发Science论文，实现钽掺杂氧化钌催化剂工业级量产，实测寿命近3000小时

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氧化钌，作为氧化铱催化剂最有希望的替代品，受到了学术界和工业界的广泛关注。然而，其稳定性对比铱相差了至少两个数量级，其仅数小时的寿命远不足以工业应用。

康毅进表示：“科学层面上对于氧化钌稳定性理解的缺乏，导致无法设计实用的稳定催化剂。而学术界和工业界的日渐脱节，也造成了学术界对于工业应用的曲解，科学家们观测到的‘稳定性’其实来源于其他原因。”

基于上述原因出发，他和团队以高度可控的表面模型来研究氧化钌催化剂的失效原理。 他们发现氧化钌在电解水过程中会形成新的物相从而造成表面重构，而新的物相可能是可溶的高价钌物种。

在电解水过程中，氧化钌催化剂表面由于该机理而迅速溶解，虽然短期造成了高比表面积从而暂时提高了活性，但是长期来看催化剂溶解造成了电极结构崩塌从而导致失效。

经过筛选，他们发现添加金属钽可以有效抑制该可溶性新物相的形成。美国加州理工的 William A. Goddard III 教授团队使用理论计算模型，帮助他们理解了其中可能的原因。

简单来说，金属钽使得材料缺陷位（一般往往是最不稳定的位置）上的钌更难形成高价态可溶物。基于该理论指导，他们制造出了工业级可量产的钽掺杂氧化钌催化剂，并通过了初步的工业级测试。

尽管近 3000 小时的实测寿命离实际工业应用期待的万小时寿命差距还是很大，但是基于实践上但凡能活过 500 小时的工业催化剂都大概率可以走到最后，他们对于该氧化钌催化剂最终可用于装备质子膜电解水系统持非常乐观的态度。

如前所述，铱催化剂几乎不可能是质子膜电解水阳极催化剂的终极选项。质子膜电解水技术占领市场，必然基于非铱催化剂之上。所以他们期待本次氧化钌催化剂能够成为电解水制氢市场的 Game Changer。

此外，由于其高稳定性和相比铱显著低廉的原料价格，氧化钌催化剂在尺寸稳定阳极市场上也许会有一席之地。

康毅进 表示，天芮科技的定位就是一个以氢能为目、以催化技术为核心的科技公司，旨在开发质子膜电解水技术、阴离子膜电解水技术和高温电解水技术。

由于阴离子膜电解水技术和高温堆技术离市场化还较远，所以他们将短期目标定为开发质子膜电解水用催化剂。

在测试众多候选催化剂不可用之后，他们迅速发现 Pourbaix Diagram 其实早就已经帮他们做了初筛。

康毅进表示：“‘命中注定’那些组分其实都是不可能的。金属钽也是这么被选出来的。但早期测试发现掺钽有时有用、有时没用，结合文献也得不出什么有用结论，总不能简单归结为‘合成的艺术’吧。”

于是，他们萌生了使用模型材料从头研究氧化钌溶解机理的想法。“很幸运我们找到了 Goddard 教授，在中美对抗大潮中，也只有这么大咖的元老级教授才敢跟我们合作。”康毅进表示。

然后，他们从基础模型研究得出的结论，借此得以进一步优化他们的纳米颗粒催化剂，从而实现工业级别的应用。

日前，相关论文以《用于工业水电解的钽稳定化氧化钌电催化剂》（ Tantalum-stabilized ruthenium oxide electrocatalysts for industrial water electrolysis

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