导语
10 秒，在实验室里可能只够按一次按钮，青岛科技大学王磊/吴则星团队与昆明理工大学王劲松、RMIT 马天翼合作，用微波准固态法“闪焊”出间隙硼掺杂锇（B-Os）催化剂——让海水直接产氢，7 mV 就能跑 10 mA cm⁻²，400 h 不衰减。这篇 8 月 18 日上线 Angew 的重磅成果，把“抗氯腐蚀+防钙镁沉积”两大世纪难题一次性打包解决。
研究亮点
极速合成：微波 10 秒升温，固-固反应完成，比传统管式炉快 1000 倍。
微观设计：B 嵌入 Os 晶格间隙，电子云富集 → 形成局部酸性微环境，Cl⁻ 被静电排斥，Ca²⁺/Mg²⁺ 无法沉积。
超性能：7 mV@10 mA cm⁻²（碱性海水），1 A cm⁻² 仅 196 mV，Tafel 23 mV dec⁻¹。
规模验证：AEM 电解槽 1 A cm⁻² 连续 400 h，能量效率 81.9 %；制氢成本 0.81 $/GGE，低于 DOE 目标。
通用思路：B 间隙掺杂策略可迁移到其它贵金属/合金，为海水制氢提供普适设计路线。
图文解析
图1 | 10 秒闪焊示意图
微波 2.45 GHz 靶向加热前驱体粉末→瞬时 800 ℃→B 原子嵌入 Os 间隙，晶格畸变产生多轴压缩/剪切应变（HR-TEM 实测 0.21 nm Os(101) 面）。EDS 显示 Os、B 均匀分布，无偏析。
图2 | 电子结构指纹
• XPS：Os 4f 峰负移 0.13 eV，B 1s 出现 B⁰ 信号。
• XANES：Os L₃ 白线强度降低，证实 B→Os 电子转移。
• ELF 图：B 周围电子局域增强，形成 Osδ⁻ 负电荷中心。
图3 | 电化学“开挂”
• 1 M KOH：9 mV@10 mA cm⁻²；1 A cm⁻² 仅 196 mV。
• 100 h 恒流无衰减；天然海水中 10 mA cm⁻² 稳 100 h。
• Tafel 23 mV dec⁻¹；EIS 电荷转移电阻下降 60 %。
图4 | 海水机理实锤
• 原位拉曼：1600 cm⁻¹ H₃O⁺ 特征峰，证实局部酸环境。
• RRDE：表面 pH 在高电流下仍 <10，避免 Ca/Mg(OH)₂ 沉积。
• 离子色谱：B-Os 表面 Cl⁻ 吸附量仅为纯 Os 的 1/6；SEM-EDS 循环后表面洁净无沉淀。
图5 | DFT 指路
• 间隙 B 形成能更低（-3.2 eV vs -1.1 eV 替位）。
• d 带中心下移 0.17 eV，ΔG_H* 从 -0.28 eV 优化至 -0.09 eV。
• 差分电荷密度：B 向 Os 转移 0.36 e，削弱 Cl⁻ 吸附能 0.41 eV。
图6 | 器件级考核
• AEM 电解槽：B-Os∥RuO₂ 仅需 1.43 V@10 mA cm⁻²；500 mA cm⁻² 能量效率 81.9 %。
• 1 A cm⁻² 连续 400 h 电压 < 1.73 V，附电解槽现场照片。
• 法拉第效率≈100 %，氢气纯度 99.97 %。
总结展望
B-Os 催化剂用“电子富集+局域酸”组合拳，同时破解 Cl⁻ 腐蚀与 Ca/Mg 沉积魔咒，为海水电解制氢提供了可规模化的材料解决方案。下一步：
• 公斤级微波连续化合成；
• 与风光波动电源耦合，验证动态工况适应性；
• B 掺杂思路迁移到 Ru、Ir 等低成本合金。
科研装备TIME
想复现“10 秒闪焊”？深圳中科精研 FJH 焦耳闪蒸加热装置已开放预约：
• 毫秒级升温（2000–8000 K），微波/焦耳热双模式一键切换；
• 标准 4 通道样品架，一次跑完 B-Os 配方梯度；
• 已为 MIT、RMIT 等 500+ 团队实现 Nat. Energy/Angew 级工艺放大。
后台回复【FJH Demo】，即可预约免费试烧，让海水制氢实验快人一步！
欢迎关注我们的公众号或访问官方网站：
https://www.zhongkejingyan.com.cn/
如果您对设备有兴趣，欢迎联系张老师：13121391941
