【导语】：近日，香港城市大学吕坚院士带领的科研团队成功开发出新家族图灵结构催化剂（TNC），通过独特的拓扑结构设计和制备工艺，显著降低了铂族催化剂价格，并在高效、稳定产氢方面取得重大突破，有望引领全球绿氢生产领域的变革。
：
吕坚院士透露，其团队创新的图灵纳米结构制备工艺已经实现将铂族催化剂的成本降低一个数量级，即降低了十倍。随着该技术产业化进程的推进，未来规模化生产将进一步压低价格。近期，他们成功研制出包括基于铂镍铌的TNC以及适用于多种贵金属如铂、铱、钌、银等的TNC系列催化剂。
图灵结构这一特殊的拓扑形态，在催化系统中的应用堪称颠覆性创新。研究人员巧妙地利用高密度纳米孪晶结构，有效激活并稳定了催化剂性能，解决了低维纳米催化剂稳定性不足的问题，从而实现高效、持久且稳定的氢气生产。尤其值得关注的是，基于铂镍铌的TNC阴离子交换膜水电解槽在极低的铂载量（0.05mg/cm²）条件下展现出了卓越的可靠性与稳定性，即使在10000A/m²的大电流密度下也能连续稳定运行超过500小时，催化性能保持基本不衰减。
在全球范围内，绿氢产业正面临高昂电费成本和稳定性难题，美国和欧盟已明确提出2030年绿氢产能目标将达到1000万吨/年。为破解这一瓶颈，吕坚团队的成果有力支持大规模低价产氢，其高性能、大电流、长时间稳定的贵金属图灵催化剂有望将传统的铂/炭催化剂单位制氢成本降低一个数量级，朝着美国能源部提出的“2031年将制氢价格降至1美元/公斤”的宏伟目标迈出坚实步伐。
吕坚院士满怀信心地表示：“我们坚信，未来所有铂族催化剂都可以采用图灵纳米结构方法发掘新的高效催化剂，大幅提升制氢效率和大幅度降低成本。”
首次跨界引入图灵概念于催化领域，研究团队从英国数学家艾伦·麦席森·图灵的“反应-扩散”理论中获得灵感，创造性地将图灵结构应用于催化剂设计。这种如同迷宫般的网状结构，原本广泛存在于生物及化学领域，而今首次被用于催化研究。由铂镍铌组成的TNC催化剂，通过“你中有我，我中有你”的独特图灵结构，将原子有效地“锁定”，实现了前所未有的性能飞跃。
经验证，相较于商用的20%铂/炭催化剂，TNC的质量活性提升了高达23.5倍，稳定性则提升了3.1倍。论文共同第一、香港城市大学博士后研究员谷佳伦强调，此工艺具备大规模生产能力，特别是图灵结构产生的稳定缺陷有助于整体降低制氢成本。
此外，该团队还发现图灵结构具有广泛的适用性，不仅能在碱性电解槽中发挥优势，还可应用于质子交换膜（PEM）电解槽和阴离子交换膜（AEM）电解槽等多种设备，为绿氢产业带来更为广阔的前景。
目前，该课题组已与多家制氢催化剂和设备企业展开合作，加速推进TNC的产业化进程。同时，着眼于解决太阳能和风能弃电问题，吕坚团队设想利用图灵催化剂将无法联网的弃电转化为氢气储存，进而服务于城市交通、燃料电池等领域，实现“变废为宝”。吕坚院士展望，未来一两年内，市场上有望出现基于TNC的重量级产品，并已在实验室阶段实现了年产量达10公斤级的初步成果。他乐观预测，由于图灵催化剂的高附加值，可能在短短3至6个月内就能回收制氢设备投资成本。
总结而言，吕坚院士团队不仅成功证明了制备图灵纳米结构催化剂方法的广泛应用潜力，还在《自然通讯》(Nature Communications)上发表了相关研究成果[1]，随后又在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)中展示了基于铂、铱的图灵纳米催化剂[2]，进一步证实了人工制备高效催化活性图灵结构催化剂的可能性及其在催化以外领域的广阔应用前景。
【结语】：吕坚院士表示，团队将继续携手全球金属材料、催化剂和纳米晶非晶体材料领域的科学家们，共同推进图灵催化剂的研发与应用，以期在实体氢工程中展现其强大效能，助力全球绿色能源转型。
