KIST推出新一代水電解催化劑技術，貴金屬用量降至1.5%

綠色氫氣生產技術利用可再生能源生產不產生碳排放的環保氫氣，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，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）催化劑與無粘結劑電極技術相結合。該技術的一大特點是：能夠在同一電極上同時穩定地進行析氫反應和析氧反應。

傳統電解系統存在局限性：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構，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最大化的活性位點數量，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生的地方。因此，這種單原子催化劑實現了雙功能催化特性，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劑的電極結構。這一方式顯著提高了電導率，并在長期運行中保持了優異的耐久性。

與現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了優異的性能。此外，在陰離子交換膜（AEM）水電解系統中連續運行超過300小時后，仍然表現出極高的穩定性，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構，可以同時提升電解系統的經濟性和耐久性。該技術預計將為綠色氫氣生產的商業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。KIST目前致力于通過領先和創新研究解決國家和社會挑戰，并推動新的發展動力。

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、新能源網綜合）