KIST推出新一代水电解催化剂技术，贵金属用量降至1.5%

绿色氢气生产技术利用可再生能源生产不产生碳排放的环保氢气，正作为应对全球变暖的核心技术之一受到广泛关注。绿色氢气通过电解水生产，即通过向水中施加电能将氢和氧分离的过程，因此需要低成本、高效率、高性能的催化剂。

韩国科学技术研究院（KIST）院长Oh Sang-rok宣布，由极端材料研究中心的Na Jongbeom博士和Kim Jong Min博士领导的研究团队开发出下一代水电解催化剂技术。该技术将一种在原子层面精确控制的单原子“一体化”（All-in-one）催化剂与无粘结剂电极技术相结合。该技术的一大特点是：能够在同一电极上同时稳定地进行析氢反应和析氧反应。

传统电解系统存在局限性：析氢反应（HER）和析氧反应（OER）通常需要不同的催化剂和电极结构，因此必须使用大量昂贵的贵金属。此外，用于将催化剂固定在电极上的粘结剂也存在问题，包括降低电导率以及在长期运行中催化剂脱落。

KIST研究人员利用原子级精密控制技术，将铱（Ir）原子均匀分散在含有植酸的锰（Mn）-镍（Ni）基层状双氢氧化物（LDH）载体表面。这种策略替代了传统使用块状铱贵金属的方法。通过在水分解反应中以极少量铱实现最大化的活性位点数量，这种方法类似于将细沙均匀铺满大面积表面，而不是依赖一块巨大的石头。

特别是，铱单原子通过与载体之间的强相互作用，作为析氢反应的直接活性位点，同时还能提升镍基活性位点的催化性能，而该位点正是析氧反应发生的地方。因此，这种单原子催化剂实现了双功能催化特性，能够同时适用于两种反应。此外，研究团队还采用在电极表面直接生长催化剂的方法，形成了无需额外粘结剂的电极结构。这一方式显著提高了电导率，并在长期运行中保持了优异的耐久性。

与现有贵金属催化剂相比，该技术将贵金属用量降低到仅约1.5%，同时在析氢和析氧反应中都实现了优异的性能。此外，在阴离子交换膜（AEM）水电解系统中连续运行超过300小时后，仍然表现出极高的稳定性，性能衰减极小。

这一研究成果表明，通过减少贵金属使用量并简化电极结构，可以同时提升电解系统的经济性和耐久性。该技术预计将为绿色氢气生产的商业化以及降低制氢成本作出重要贡献。

KIST的Na Jongbeom博士表示：“这项研究意义重大，因为它通过一种催化剂解决了氢气生产所需的两种关键反应，同时减少了贵金属的使用。这项技术将加速水电解设备的商业化，并为氢能的推广提供重要支持。”

韩国科学技术研究院（KIST）成立于1966年，是韩国首个政府资助的研究机构。KIST目前致力于通过领先和创新研究解决国家和社会挑战，并推动新的发展动力。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202506645

（素材来自：韩国科学技术研究院 全球氢能网、新能源网综合）