铂族催化剂作为现代能源、化工及环境领域的核心材料，其制备技术长期面临效率与精度的双重挑战。天津大学科研团队近日取得突破性进展，通过创新非平衡态合成策略，成功开发出毫秒级周期热脉冲技术，实现了铂族金属核壳结构催化剂的极速合成与原子级精准调控，相关成果已发表于国际权威学术期刊《科学》。
传统制备工艺依赖高温环境下多步骤热力学平衡转化，不仅需要数小时的跨设备操作流程，还存在能耗高、精度不足等问题，严重制约了催化剂性能提升与规模化应用。研究团队针对这一技术瓶颈，提出"瞬态组装"新范式，利用周期性热脉冲在毫秒尺度内精准供能，驱动纳米晶在非平衡高能状态下完成核壳结构自组装，同时实现对铂壳原子层厚度的纳米级调控。
这项底层技术创新带来了制备工艺的质的飞跃。新工艺将传统数小时的合成流程压缩至数分钟内完成，单位质量催化剂制备能耗降低达90%。实验数据显示，采用该技术合成的催化剂在氢燃料电池应用中展现出优异性能，其额定功率密度达到15.2千瓦/克铂，同时具备出色的循环稳定性。
研究团队负责人指出，该技术通过突破传统热力学平衡限制，为贵金属催化剂的精准制造开辟了新路径。其核心优势在于将能量输入与结构演化在时空维度上精准解耦，既保证了核壳结构的快速形成，又实现了对壳层厚度的原子级控制。这种非平衡合成策略为设计新型高效催化剂提供了全新维度。
据介绍，该成果已形成完整的技术体系，不仅适用于氢能领域，还可拓展至高端化工、环境治理、精细化学品合成等依赖高性能铂族催化剂的产业领域。特别是对于需要严格控制贵金属用量的应用场景，这项技术通过壳层厚度精准调控，可在保持催化活性的同时显著降低材料成本，展现出广阔的工业化前景。
