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【含“金”量低?《科学》:新型铂基催化剂袭来!】氢燃料电池是未来能源脱碳的重要方向,而制备电池所需的铂基催化剂,存在活性低、用量大、成本高的问题,是导致氢燃料电池“叫好不叫座”的关键。

在10月22日发表于《科学》的一项研究https://t.cn/A6MRyEph中,中国科学技术大学教授梁海伟团队与北京航空航天大学教授水江澜团队合作,通过高温“硫固体胶”的合成方法,成功研发出一系列高性能铂基氢燃料电池催化剂,这对降低氢燃料电池成本,推动其大规模产业化具有重要意义。

“长大”的烦恼

催化剂是燃料电池的核心材料之一,占燃料电池电堆成本的40%以上。2020年9月,财政部、工信部等五部门联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,明确指出要重点支持催化剂等关键材料和零部件的研发突破。

氢燃料电池因高效、清洁、无碳等优点,逐渐成为燃料电池界的“网红”。但目前打造“网红”所需成本仍然过高,尤其是铂基催化剂的使用。

铂族金属是金属中的贵族,因熔点高、强度大、电热性稳定、催化活性好等特点,广泛用于氢燃料电池等领域。但世界上铂族金属资源高度集中,80%以上位于南非。

而氢燃料电池阴极需要使用大量铂基催化剂来催化氧还原反应,铂资源的匮乏和高成本严重制约了燃料电池大规模产业化。

梁海伟告诉《中国科学报》,目前市场上使用较多的催化剂主要是铂碳催化剂和铂合金催化剂。但因其活性不高,铂的用量也较大。

他认为,降低铂的用量,是氢燃料电池发展必须解决的问题,而提高铂基催化剂的活性就是一种高效途径。“与普通的固溶体合金相比,金属间铂合金在活性和稳定性方面都更具优势。”

但金属间铂合金的合成必须经历高温,高温又会造成铂合金纳米颗粒在碳载体上流动并团聚“长大”。一旦纳米颗粒“长大”,就会失去其优势,催化剂活性就会严重降低。

为了打破这一“死循环”,防止颗粒“长大”,研究团队想,“能不能让颗粒像胶水一样固定在碳材料上呢? ”

为此,他们采用了一种新颖的硫限域方法,即“硫固体胶”合成方法。该方法利用硫原子与铂原子之间强烈的相互作用,将铂基合金纳米颗粒在高温下像固体胶般“粘”在碳载体上,以防止其“长大”。

最后,研究人员实现了在保持颗粒尺寸小于5纳米的同时,完成双金属原子的有序化过程,合成得到了一系列小尺寸的铂金属间合金,建立了一个拥有46种合金催化剂的“材料库”。

实际上,梁海伟在德国做博士后期间,就开展了小分子合成不同碳材料的相关研究。回国后,他带领团队制备了一类硫含量很高的多孔碳材料。

他告诉记者,国际上也不乏团队开展硫掺杂碳载体合成的研究,但将其应用于铂金属间合金的合成,这是首次。

在梁海伟看来,这得益于学科交叉的优势。“只做金属间合金合成,就很难想到使用硫限域的方法;而只做硫限域研究,自然也想不到应用于金属间合金合成。”

传统理论错了吗?

基于构建的46种催化剂“家族”,研究人员测试并筛选了大量催化剂的性能。他们发现铂合金催化活性与其表面应力存在强关联性:在很宽的压缩应变范围内,其氧还原活性随着压缩应变的增加呈现单调上升趋势。

有趣的是,这一现象有悖于经典理论预测的火山关系趋势。

“按照之前的理论预测,应变太小太大都不好,适中才好。也就是说,应变和活性会是一种火山曲线关系。显然,我们的实验结果并非如此。”梁海伟说。

这让研究人员产生很多疑问,难道理论预测是错误的?或者,测试的应变并不是真实的应变?

梁海伟认为,目前的研究还不足以证明孰对孰错。“但在科学上,若没有大量的合成和性能测试,是看不到这个构效关系的。”

“这起码提供了一个新的指南,如果能进一步增大应变,就能够继续增大催化剂活性,有望将催化性能进一步推向峰值。”他说。

实际上,这种新构效关系的发现,是团队最“意外”、也最精彩的收获。

2016年,梁海伟留学回国后,就开始带领团队开展此项研究。很快,他们就研发了46种铂基合金催化剂“家族”,并于2018年第一次投稿。

投稿并不顺利。其中一位审稿人认为,合成催化剂和催化剂性能之间的关联性不强,研究不具备很强的科学性。

为此,研究团队又花费一年多的时间补充数据,并测试、筛选了大量催化剂的性能。在分析数据时,他们发现了这一有趣,又违背传统理论的现象。随后,他们重新调整了论文内容。

审稿人认为,“这项研究展示的尺寸小于5 纳米的金属间化合物纳米颗粒对催化应用至关重要。作者向我们展示了系列二元和多元铂基金属间化合物的尺寸控制合成,令人印象深刻。”

梁海伟说,“5纳米左右可以说是一个临界点,颗粒尺寸越大,表面原子所占据的比例就越低,会造成很多铂原子的浪费。”

在他看来,修改前后的论文,风格完全不同,也发现了更具科学性的现象。“坦率讲,我们很感谢审稿人提出的意见。”

实际上,补充数据的过程是漫长繁琐的。“团队间彼此支持的力量,是可以互相传递的,也是让我们在困难面前能坚持住的重要原因。”梁海伟说。

对于这一悖于经典理论预测的现象,他表示,接下来将会进一步验证为何不同,“很多时候,眼见未必为实。”

有望降低成本

根据国际氢能委员会预计,到2050年,氢能将承担全球18%的能源终端需求,创造超过2.5万亿美元的市场价值,燃料电池汽车将占据全球车辆的20%-25%,将与汽油、柴油并列成为终端能源体系消费主体。

“我们从合成的46种催化剂‘家族’中筛选出几种高活性催化剂,使低铂氢燃料电池性能达到了目前世界先进水平。”水江澜说。

他告诉记者,合成的铂镍合金催化剂活性,是目前商业铂碳催化剂活性的5倍以上;为达到相当的氢燃料电池性能,他们合成的合金催化剂铂用量也只需要商业铂碳催化剂铂用量的1/10。

但梁海伟也指出,目前,氢燃料电池催化剂的研究,国外技术仍是全面领先。“这项研究在科学上具有一定价值,但距离产业化还有一定距离。”

一方面需要解决量产的问题,降低催化剂的制备成本。另一方面需要实现碳载体改性,增强局域氧气和质子传输阻抗。“前者难度不是很大,后者仍是一个很大的挑战。”梁海伟说。https://t.cn/A6MRyEpG

你要什么我就给什么吗?不,这不是佛教所说的布施(地藏论坛 刘欣)
前面谈到了布施的问题。在不少人的眼里,佛弟子就该喜欢施舍,就该对他人进行无私的帮助。就该有求必应。就该不爱财。当然这里是有点道理的。但误解也是非常多的。
比如对于他人的要求,佛弟子是否可以拒绝?佛弟子是否在任何情况下都会答应旁人的要求呢? 答案是:不一定。或者说未必。
事实上,在有的情况下佛教要求大家不要布施、不要帮助。
下面先看地藏论坛上这个帖子:什么情况下不能布施?
这里列出了不少的内容。当然如果简单的来说就是一个原则:终不为他作恶业使。

也就是说,如果这件财物我付出了、这件事情我做了,对你有害。或者令众生不满、对众生有害,这个众生也包括自己的父母、家人。那么就不要做、不要布施。

就是这个原则。可见佛教导大家的布施善行。绝不是烂好人。你要什么我就给什么。绝不是这样的。

更不是为了布施而布施,不是为了成就“布施”的名。佛教提倡的布施。是真正为了利益大家。

所以在现实生活中,很多事情我们就可以根据这个原则来决定怎么办了。

比如,有人求你帮忙做件事情。这件事情明摆着要耗费很大的精力、时间。会影响你的家庭生活,让丈夫或者妻子不满。那抱歉了。不用非要答应。有时候过多的付出并未必会让他人幸福。佛弟子并不是以付出为目的,而是以利益他人为目的。不是仅仅为了布施而布施。

除此之外,佛弟子在生活中,不仅未必有求必应。甚至还可能锱铢必较。不较都不行。不相信么?

《优婆塞戒经》:若优婆塞受持戒已。为于身命若作市易斗秤卖物。一说价已不得前却舍贱趣贵。斗秤量物任前平用。如其不平应语令平。若不如是。是优婆塞得失意罪。

这是说什么呢?说受五戒的佛弟子。做生意的时候,一旦定下价格、不得反悔。不能过后觉得卖便宜了、贱了就抬高价格。见利忘义。如果做生意的时候,称量货物要公平,不能缺斤短两。如果对方出现这样的问题。应该怎么办?应该指出来。令其改正。如果不这么做的话。是有过失的。

这里有两个含义。前面说的。一说价已,不得前却。是指信用。说定的事情不能改了。放在现在。定下的和同就要如约履行。说什么时候到、数量如何、质量怎么样一定都不能打折扣。不能因为自己的利益问题而毁约。

第二个是如其不平,应语令平。如果对方不公平、不守信,那么要指出来。令其履行自己的责任。

看到这里,可能很颠覆佛弟子的形象。好像从前说起佛教都是忍辱、都是不反抗、都是吃亏。怎么这里反而说,如果你不要求对方履行责任、公平合理,就是过失呢?

这就是真正的佛教和社会上流行的所谓“佛教”的区别了。

其实这很好理解,按照上面布施的所说的原则:终不为他作恶业使。对方如果占便宜、不公平、不守信。你却不做阻拦、不去纠正。那么这不就是帮助对方作恶么?这是助纣为虐。其实大家可以观察一下,越是谨守契约、追求公平的国家,会越富有。这就是佛教说的果报。

所以佛教中教导佛弟子,是守信的。追求公平正义的。并非一味吃亏、不反抗、不敢说话、忍辱吞声。

接下来到了下面的任务六了。

现在社会上流行不少成功励志的书。层出不穷。前面一章说了。这些东西大部分没什么用处。有时候看到有的人抱着成功学猛啃。真的到了做事上。说大话,然后不是推三阻四、就是找各种理由。真的很无奈。可以肯定的说这样的人不要说成为巴菲特、比尔盖茨了。就是将来做一个衣食丰裕的普通人都未必。

尤其请年纪尚轻、刚进入社会的朋友必做这个任务。

请找一个笔记本,如果有手机之类随身电子设备的话也行,每天做一下记录,以及分析。

记录什么呢?
1,自己都承诺了什么。答应了什么事情。
2,自己准备承诺什么、准备和人做什么约定、答应什么事情。
3,已经承诺的事情,分析自己该怎样实现,怎样做到最好,都要有什么步骤、准备什么条件、有可能出现什么意外和困难。该怎么解决?
4,准备却尚未承诺的,请分析自己能不能做到,可能做到什么程度。做不到该怎么说、怎么拒绝。或者怎么清晰表达说自己可以做到哪种程度。

举例:今天答应某人,明天下午五点,带什么东西,到某某地方谈个事情。 
那么要提前计划一下,如果五点到几点出发,会不会堵车?把堵车的时间计算在内,需要几点出发?带的东西是否准备好,自己一个人是打车带,还是坐公交车?有没有仪表上的要求,那个地方自己不熟,先查查地图。做到心里有数。谈什么事情,需要做个概要。等等。

为什么这么做?我告诉大家,这么做就是锻炼做事情的能力。好多人说锻炼能力、提高能力。其实根本不知道怎么锻炼。按照这个办法,就能锻炼。

如果是年纪尚轻、刚刚步入社会。那么越早用这个办法,你就越能积累自己的能力。慢慢就会知道:遇到事情需该注意什么。该怎么办。尤其是,什么事情自己能做,什么做不到。这样你才能做到:承诺的事情百分百实现。

佛教提倡守信履约。注重契约。追求、维护公平正义。
如其不平,应语令平-地藏论坛任务通关帖6
https://t.cn/A6MYrMOS
(出处: 地藏论坛-佛教APP)#佛教# #地藏论坛# #地藏论坛佛教app# #佛教APP# #阿弥陀佛# #佛法看世间##佛教音乐##佛教[超话]##世界佛教论坛超话#


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