【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

定投读书和写作,第77天

特雷西·基德尔《非虚构的艺术》告诉我们的三件事:

1.写作要追求简单

写作的难点在于:我们要让写的东西足够简单易懂、

这首先在心态上就很难达到。

有这样一个例子,一些选秀节目会选择观众当评委,这些被选中的观众一下就把姿态“端”起来了。

他们不再像先前那样,纯粹以真实感受为评判依据,而是把自己代入了“评委”这个角色,想了很多标准去评定选手。

同样的道理,我们在写作时也会有“偶像包袱”,总觉得自己是个专业人士了,必须要写得有水平、有价值才行,会在潜意识中给自己设定许多标准。

在这种心态的影响下,我们最终写成的东西往往带有灌输的意味,忘记了读者的感受。

简单的三个字“平常心”,在有了身份标签的情况下,要做到真的很难。

2.写作又不能只是简单

我们虽然可以时时感受自己作为一个普通人时喜欢什么、想要什么,来使自己体会读者的感受,但这并不代表一切都要奔着简单去。

简单易懂不等于直截了当。过于简单明了会使写作失去意境,带给读者的感受就是索然无味。

这里面又需要写作者练好简单与复杂的平衡手艺。

3.非虚构文学写作的关键

非虚构文学写作,其实就是“写别人”和“写自己”,必须基于真实的经历,不能虚构。

写好的关键就是注重人物的真实内心感受、冲突。

单纯写外在事件,可能凑不起一个有着“起承转合”的精彩故事,但人性是一直存在的,人对亲历事件的反应和感受,足以串联起一段完整的人性表现。

用一句话来说就是:要走心,别光说事儿。

谌琦的读书笔记集合https://t.cn/A6I064Dm

《具足水火吉祥光明大记明咒》的功德利益
咒语的来源
地藏长咒出自地藏三经之一的《大乘大集地藏十轮经》,是地藏王菩萨从过去殑伽沙等诸佛世尊前,亲自求得并受持。这首陀罗尼是恒河沙诸佛的秘密心印,又由诸佛传授给地藏王菩萨,地藏王菩萨也亲自受持此咒,为了利益娑婆世界四大洲中佛的四众弟子——比丘、比丘尼、优婆塞、优婆夷,以大慈大悲心在世尊面前诵出来的。

1.增长忆念、增长守护忆念
正知、正念,远离散乱放逸,令心安定渐渐得到禅定。

2、增长寿命
念地藏咒能延年益寿,这个咒又是长寿咒。

3、增长身体、增长健康、增长色力
念诵地藏咒能增长身体、增长健康、增长容色和体力。

4、增长名闻
念诵地藏咒增长名声,使自己的美名四方传闻。三界众生见你生欢喜心。

5、增长资具
念地藏咒能增长缺乏的一切生活用具。

6、增长亲友、增长弟子
念地藏咒能增长亲戚朋友,念诵地藏心咒能增长弟子。

7、增长清净的戒律
像大地一样,戒律是一切功德的基础,是凡夫、声闻、缘觉、菩萨等增上生与决定胜的唯一因也是根本因。月称菩萨在《入中论》当中也说过:“诸异生及佛语生,自证菩提与佛子,增上生及决定胜,其因除戒定无余。”

8、增长多闻
念诵地藏咒能增长学法者的多闻智慧。
多闻的功德是巨大的,佛经论典、祖师大德极力赞叹多闻。

9、增长慧舍
念诵地藏心咒能增长智慧和舍心。
智慧有通达五明的智慧,通达胜义空性的智慧,还有通达饶益众生的智慧,还有听闻的智慧,思维的智慧和修证的智慧。念诵地藏咒增长种种的智慧。舍有平等舍的舍心,有布施的舍心,有行舍的舍心。如果如理如法念诵地藏心咒,也能增长舍心。

10、增长妙定
念地藏咒能增长微妙禅定。

12、增长灌顶
念地藏咒能增长灌顶。
灌顶有基、道、果三种分类,基灌顶指金刚上师授与弟子的灌顶;道灌顶指修行人自己观想三根本放光灌顶;果灌顶指十方诸佛为十地菩萨作的授职灌顶。常念地藏陀罗尼就能增长灌顶。《地藏菩萨本愿经》中也说到“授灌顶水”。

13、增长觉分圣谛光明
念诵地藏咒能增长菩提分法圣谛光明。
三十七菩提分法都围绕一个智慧见圣谛光明的问题,至诚念诵地藏咒语,祈求地藏王菩萨让自己的菩提分功德增长,圣谛的光明增长。这样念诵地藏咒的话,绝对让三十七菩提分法包括智慧圣谛光明自然而然增长、坚固、圆满。

14、增长趣入大乘正道
念诵地藏咒能增长趣入大乘正道。
大乘正道具足七大义,在《大乘庄严经论》上说:“缘行智勤巧,果事皆具足。”从所缘大、修行大、智慧大、精进大、善巧大、果大、事业大七个方面显示大乘道的殊胜。大乘道是普贤、文殊、观音、弥勒等大菩萨所乘之乘。大乘是能生自他一切利乐的源泉,大乘是能除一切衰损的良药,大乘是一切有智慧者所行的大道,凡是见、闻、忆、触均能增长利益一切众生。由行利他兼得自利,具足广大善巧方便。

15、增长成熟有情
念诵地藏咒能增长成熟有情的能力和事业。

16、增长大慈大悲
念诵地藏咒能增长修行人的大慈大悲心。
慈悲心贯穿整个大乘道的初中后阶段。最初像种子一样能生起菩提心的苗芽;

17、增长一切白法
念诵地藏咒能增长一切白法。
白法又叫善法,身口意三门能引无罪安乐的行为都是白法,也就能增长守护一切福德

18、增长妙称遍满三界
念诵地藏咒能增长美名周遍三界。三界众生看见你都欢喜赞叹。

19、增长法雨普润三界
念诵地藏咒能令法雨普润三界。

20、增长大地精气滋味
念诵地藏咒能增长大地的精气滋味。
由于众生的福报衰减又大造恶业,增上果感得大地贫瘠、干枯,处处出现童山秃岭、戈壁荒漠,大地没有生机活力,肥沃的土地越来越少。如果大家都能推广念诵地藏咒,大地的精气滋味就会得以增长,世界粮食危机也会迎刃而解。

21、增长一切众生精气普作事业
念地藏咒能增长一切众生的精气,从而能很好地行持各种事业。

22、增长正法精气善行
念诵地藏咒能增长正法精气善行。
正法精气善行,是指修持正法时精力充沛、勇悍有力。

23、增长智慧光明
念诵地藏咒能增长智慧光明。

24、增长六波罗蜜
念诵地藏咒能增长六波罗蜜。

25、增长五眼
念诵地藏咒能增长五眼。
五眼是肉眼、天眼、慧眼、法眼、佛眼。

26、增长方便
念诵地藏咒能增长方便。
智者大师解释方便有三层涵义:一、方是方法,便是权巧。巧妙地运用方法,随机缘利益众生,叫做方便。二、方便是门,门是能通的意思。通过方便能通达真实法性,换句话说,能开显实相的就叫做方便。三、方是秘,便是妙。巧妙地到达秘密之方,才是真秘。

27、增长生天涅槃
念诵地藏咒能增长升天和增长涅槃。
从升天来说,念地藏咒可以从下界天不断增长直到色究竟天。从得涅槃而言,念地藏咒可以从暂时的小乘涅槃直到大乘的究竟涅槃。因此,求增上生或者求决定胜的人都应当用心持念这样殊胜的地藏咒。

28、增长一切种子根须、芽茎、枝叶、花果、药谷精气滋味

29、增长雨泽
念地藏咒能增长雨水。
尤其在干旱的地方应该多念地藏心咒,比如新疆、甘肃、内蒙、宁夏等地方非常缺雨水,如果大众能念诵地藏心咒一定可以改善。
30、增长有益地水火风
念地藏咒能增长对人们生存有益的地、水、火、风。现在需要刮风时,一丝风都没有;不需要的时候,刮得天昏地暗,摧毁庄稼和房屋。水、火、地这三大也是这样,这些地、水、火、风对人们的生存、生活不但没有助益,反而会造成很多灾难。如果我们能以虔诚心,在殷勤的基础上念地藏咒、祈求地藏菩萨,恶地、恶水、恶火、恶风就会减少,有益人类的地、水、火、风就会增长。
31、增长喜乐
32、增长财宝
33、增长胜力
34、增长一切受用资具
35、能令一切智慧猛厉破烦恼贼
知道以上这些功德以后,应当精进如理如法地念地藏咒。这次我们时间有限,这些功德可以自己阅读《地藏十轮经》。
最后地藏菩萨用偈颂宣说了这首善说陀罗尼的功德。里面这样说:
善说能净诸有尘,善说能净斗争劫,
善说能净浊恶意,善说能净浊大种,
善说能净浊恶味,善说能净浊恶气。
这一颂半宣说善说陀罗尼能净化种种浊恶法。比如能净化三有的欲尘,能净化刀兵劫,能净化污浊的心灵,能净化被污染的地水火风,能净化浊恶的味道,能净化混浊的气体。
又说道:
善说能满诸希望,善说能成诸稼穑,
善说能令一切佛,如来世尊所加护,
善说又能令一切,菩萨加护而随喜。
这一颂半讲了这个善说陀罗尼能满足一切如法的所愿,能成熟一切庄稼,能令一切诸佛世尊加被护念,能令一切菩萨加被护念而且生起殊胜的欢喜心。
36、能令世尊甘露圣教炽然久住,利益安乐三界众生
念诵地藏咒能让释迦世尊的显密教法兴盛广大,常久住世,利益三界一切众生。
由以上佛经的真实语,我们深刻地认识到地藏菩萨给我们赐予的《具足水火吉祥光明大记明咒总持章句》是无上无等的摩尼宝珠。以上我给大家介绍了这颗无价宝珠的殊胜功德。大家遇到了这样的如意宝珠之后,至少在八天当中精进不懈地持诵,当然终生受持最好。
三、宣说此咒时的神异现象
经中说到,地藏王菩萨演说了这样的大记明咒总持章句,大地普皆震动,俱胝天乐不鼓自鸣,天上降下无量种妙香、妙花、珍宝等,一切大众都出现了从未有过的现象和感受。这一切都在证明地藏咒的确有不可思议的功德妙用!
一者自悔无始以来罪业。忏悔无始以来的罪业,令得清净。
二者所修功德愿与一切众生共之。即回向法界一切有情众生。
三者常愿十方菩萨未得正真者速得之。若以得道欲入涅槃愿久住世。愿十方菩萨,未能成佛者速得成佛。已经成佛欲入涅槃的劝请住世。
#大乘佛教[超话]#


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