綠色氫氣生產(chǎn)技術利用可再生能源生產(chǎn)不產(chǎn)生碳排放的環(huán)保氫氣，正作為應對全球變暖的核心技術之一受到廣泛關注。綠色氫氣通過電解水生產(chǎn)，即通過向水中施加電能將氫和氧分離的過程，因此需要低成本、高效率、高性能的催化劑。

韓國科學技術研究院（KIST）院長Oh Sang-rok宣布，由極端材料研究中心的Na Jongbeom博士和Kim Jong Min博士領導的研究團隊開發(fā)出下一代水電解催化劑技術。該技術將一種在原子層面精確控制的單原子“一體化”（All-in-one）催化劑與無粘結(jié)劑電極技術相結(jié)合。該技術的一大特點是：能夠在同一電極上同時穩(wěn)定地進行析氫反應和析氧反應。

傳統(tǒng)電解系統(tǒng)存在局限性：析氫反應（HER）和析氧反應（OER）通常需要不同的催化劑和電極結(jié)構(gòu)，因此必須使用大量昂貴的貴金屬。此外，用于將催化劑固定在電極上的粘結(jié)劑也存在問題，包括降低電導率以及在長期運行中催化劑脫落。

KIST研究人員利用原子級精密控制技術，將銥（Ir）原子均勻分散在含有植酸的錳（Mn）-鎳（Ni）基層狀雙氫氧化物（LDH）載體表面。這種策略替代了傳統(tǒng)使用塊狀銥貴金屬的方法。通過在水分解反應中以極少量銥實現(xiàn)最大化的活性位點數(shù)量，這種方法類似于將細沙均勻鋪滿大面積表面，而不是依賴一塊巨大的石頭。

特別是，銥單原子通過與載體之間的強相互作用，作為析氫反應的直接活性位點，同時還能提升鎳基活性位點的催化性能，而該位點正是析氧反應發(fā)生的地方。因此，這種單原子催化劑實現(xiàn)了雙功能催化特性，能夠同時適用于兩種反應。此外，研究團隊還采用在電極表面直接生長催化劑的方法，形成了無需額外粘結(jié)劑的電極結(jié)構(gòu)。這一方式顯著提高了電導率，并在長期運行中保持了優(yōu)異的耐久性。

與現(xiàn)有貴金屬催化劑相比，該技術將貴金屬用量降低到僅約1.5%，同時在析氫和析氧反應中都實現(xiàn)了優(yōu)異的性能。此外，在陰離子交換膜（AEM）水電解系統(tǒng)中連續(xù)運行超過300小時后，仍然表現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性，性能衰減極小。

這一研究成果表明，通過減少貴金屬使用量并簡化電極結(jié)構(gòu)，可以同時提升電解系統(tǒng)的經(jīng)濟性和耐久性。該技術預計將為綠色氫氣生產(chǎn)的商業(yè)化以及降低制氫成本作出重要貢獻。

KIST的Na Jongbeom博士表示：“這項研究意義重大，因為它通過一種催化劑解決了氫氣生產(chǎn)所需的兩種關鍵反應，同時減少了貴金屬的使用。這項技術將加速水電解設備的商業(yè)化，并為氫能的推廣提供重要支持。”

韓國科學技術研究院（KIST）成立于1966年，是韓國首個政府資助的研究機構(gòu)。KIST目前致力于通過領先和創(chuàng)新研究解決國家和社會挑戰(zhàn)，并推動新的發(fā)展動力。

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202506645

（素材來自：韓國科學技術研究院 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）