这是一个灵感来自中国传统小吃麻球的重大突破。
复旦大学高分子科学系教授张波与绿氢打交道多年，如何降低生产成本是他整天琢磨的事情。
麻球主要由糯米制成，只是表面沾了一层芝麻。一次吃着麻球，张波突发奇想：最前沿的PEM（质子交换膜）电解水制氢所需的催化剂，含铱量高达85%，而1克铱的成本是1300元，比黄金还要贵两倍以上。能否像麻球一样，只在表面覆盖一层催化剂？芝麻容易脱落，他继而联想到种在牙床上的牙齿，能否仿效把“芝麻”的一半种在麻球里？
这一电光石火的灵感，经过整整3年的合力攻关成为现实。复旦大学张波、徐一飞、段赛、徐昕合作团队，首创性地合成了具有极高催化活性和稳定性的铱/铈嵌入式催化剂，成本降低了85%，能效提高了65%；在国际上首次实现并超越美国能源部设定的2026年PEM电解水设备性能指标。北京时间2月14日凌晨，这一里程碑式成果在国际权威学术期刊《科学》发表。
未来全球经济发展的重要引擎
随着二氧化碳浓度逐年升高，全球平均温度比1920年上升1.42℃，应对气候变化和能源转型的压力日益加剧。氢气燃烧的产物只有水，具有清洁环保的优点，因此氢气成为构建脱碳能源体系和缓解全球气候变暖的关键，甚至被视为未来全球经济发展的重要引擎，而零碳的绿氢作为一种高效、可持续的能源载体，越来越受到关注。
当前，PEMWE电解水技术是生产绿色氢气最前沿的技术之一，然而，其广泛应用仍面临诸多技术瓶颈，主要挑战之一便是催化剂的性能问题。目前采用的催化剂是铱及其氧化物（IrOₓ），其高昂的成本和稀缺性限制了大规模应用。同时，铱基催化剂的催化活性和稳定性，尚无法满足未来绿色氢能产业的需求。因此，开发一种低成本、高效且稳定的催化剂，成为全球学术界和工业界迫切需要解决的核心问题。
率先将冷冻电镜用于催化研究
张波打了一个形象的比方，“负载型催化剂看上去就像我们早餐吃的麻球，‘麻球’表面的‘芝麻’就是氧化铱，正是这些‘芝麻’在发挥催化作用。”但这种结构导致电解水制氢过程中会产生大量气泡，不断冲刷催化剂，让“芝麻”易脱落。为了解决这个问题，张波想到了牙齿的构造：“牙齿是种在牙床上的，如果把‘芝麻’一半嵌在麻球里，一半露在外面，那么气泡再冲刷，‘芝麻’也不会轻易脱落了。”
由此，实验团队与理论计算团队进一步合作。徐昕教授团队通过自主研发的算法及严密的理论计算，让“麻球”生长的速度和表面“芝麻”生长的速度相匹配，才能使其恰好达成一半在外一半嵌入的效果。
此外，尖端科研仪器的应用，使得催化剂合成生长过程能够“眼见为实”。青年研究员徐一飞利用冷冻透射电镜以及冷冻电子断层扫描技术，通过时间分辨的合成过程，清楚地看到“芝麻”颗粒怎么长大、怎么嵌入，进而能够实现更好地控制生长速度。
在三个团队的合力之下，研究人员利用纳米晶体在超声和加热作用下的自发长大过程，将“芝麻”（氧化铱）嵌入到“麻球”（氧化铈）中，首创了一种稳定且高效的载体型催化剂，极大地减少了铱的用量，破解了这一重要的瓶颈问题。
“争取今年底商业化”
张波算了一笔账——1克铱的成本高达1300元，而铈在自然界中的储量相对较为丰富，他们首创的铱/铈嵌入式催化剂，使得催化剂的成本降低了85%。
还有一个意外之喜——催化剂的能效提升了65%。由于一半“芝麻”深度嵌入“麻球”中，它们的相互作用比原来更加剧烈，催化能力更强。
测试结果显示，熟化诱导嵌入方法显著提高了催化剂在长期运行中的活性和稳定性，全面超过相关国际标准。根据实验结果估算，由此制备出来的PEMWE设备寿命高达15年以上。
性能、成本和寿命通常被视为一个相互关联和制约的“三角”，基于复旦大学研制的这种新型催化剂制造的PEM设备不仅有着亮眼的“三角”数据，还在世界上首次实现并打破了美国能源部2026年的PEM电解水设备性能指标。
“我们一方面解决了PEM电解水的痛点，另一方面凡需要载体型催化剂的地方都可以发挥作用，这是一种方法学的推广。”张波说。
张波还有一个身份——山海氢（上海）新能源科技有限公司董事长，这是复旦大学孵化的一家初创企业，地处上海唯一以碳中和命名的产业园。记者在公司实验室看到，一台水桶大小的设备大约5天可生产500克载体型催化剂。
根据国际能源署的预测，到2050年全球氢气需求将达到约亿吨以上，其中大部分来源于绿氢；中国预计在2050年实现氢能大规模应用。复旦大学的这一研究成果无疑为实现这些目标提供了新的技术支撑，将直接促进绿氢产业化的加速。
Science重磅成果：超越美国能源部2026目标
灵感源于中国传统小吃麻球上芝麻的“嵌入”理念，复旦大学科研团队于2月14日在国际权威期刊《科学》（Science）发表的嵌入式载体型催化剂，成功攻克PEM电解水制氢的核心瓶颈——
·成本直降85%：通过将“芝麻”（氧化铱）嵌入到“麻球”（载体）中，将贵金属铱用量大幅减少，原料成本从每克1300元降至行业新低；
·能效跃升65%：催化剂活性提升至国际顶尖水平，电解水效率远超现有技术；
·寿命长达15年：加速老化实验6000小时性能无衰减，设备寿命延长50%，稳定性全球领先。
这一成果在国际上首次实现并超越美国能源部设定的2026年PEM电解水催化剂所有指标，且依托山海氢公司推进产业化，标志着中国在绿氢赛道实现从“跟跑”到“领跑”的跨越！
产学研深度融合，商业化进程加速
山海氢依托复旦大学与多方先进科研团队和单位建立紧密合作，共享最新的科研成果和技术进展，服务绿氢产业——
·张波教授领衔：深耕绿氢领域多年，兼具学术权威与产业经验；
·新型催化剂量产：多款催化剂具备量产能力，工艺优化持续进行中，2025年底实现全面商业化；
·自主研发浆料配方：依托团队高分子研发优势，开发系列高性能浆料；
·自主设计膜电极产线：自主设计国产全自动膜电极产线设计产能7GW/年，目前具备MW级电解槽膜电极产品稳定供货能力。
公司坐落于宝武集团上海碳中和产业园，依托政策与区位优势，积极与上下游企业开展合作，牵头构建绿色低碳（电解水制氢）创新联合体，整合产业链上下游优势，加速技术商业化应用。未来，基于自主建立的催化剂设计与合成平台及先进研究手段，研究团队计划进一步拓展催化剂材料研究，为绿色氢气生产提供更多创新方案。团队还依托复旦大学孵化的山海氢（上海）新能源科技有限公司，推广成熟技术的落地产品化。
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