水电解制绿氢的新方法

最初，“夏尔巴人”一词指的是藏族后裔的山地部落，但此后它已成为珠穆朗玛峰(世界上最高、最崎岖的山峰)向导的代名词。就像这些夏尔巴人一样，对开发制氢催化剂这一艰巨任务的研究正在取得实质性进展，并已成为著名国际期刊的特色封面文章。

浦项科技大学材料科学与工程系及黑色金属与生态材料技术研究所的 Yong-Tae Kim 教授和浦项科技大学材料科学与工程系博士生 Kyu-Su Kim )合作开展了一个研究项目，为水电解催化剂的未来发展提供了有前景的方向。他们的研究引起了学术界的广泛关注，并作为化学领域国际期刊 ACS Catalysis 的封面文章进行展示。

水电解是一种从丰富的水资源中生产氢气的方法，是一种不产生二氧化碳排放的环保技术。然而，由于该过程依赖铱 (Ir) 等贵金属催化剂，因此面临着局限性，在经济上不可行。研究人员正在积极探索开发金属合金形式的催化剂来应对这一挑战。

在水电解催化研究领域，受到关注的主要催化剂是铱、钌(Ru)和锇(Os)。尽管铱具有很高的稳定性，但活性较低且价格昂贵。相反，钌显示出值得称赞的活性，并且与铱相比是一种更具成本效益的选择，尽管它缺乏相同水平的稳定性。另一方面，锇在各种电化学条件下很容易溶解，导致形成具有扩大的电化学活性表面积的纳米结构，从而增强几何活性。

最初，研究小组使用铱和钌开发催化剂。通过组合这些金属，他们成功地保留了每种金属的优异属性，从而生产出活性和稳定性均得到改善的催化剂。由于通过纳米结构形成扩大了电化学活性表面积，掺入锇的催化剂表现出高活性。这些催化剂保留了铱和钌的有利特性。

随后，该团队扩大了实验范围，将所有三种金属都包括在内。结果显示活性适度增加，但锇的溶解产生了有害影响，显着损害了铱和钌的结构完整性。在该系列中，纳米结构的团聚和腐蚀加速，导致催化性能平衡下降。

基于这些发现，研究小组提出了进一步催化剂研究的几种途径。首先，他们强调需要一个可以同时评估活动和稳定性的指标。这一指标被称为活动稳定性因子，最初由 Kim 的研究小组于 2017 年在一本国际期刊上提出。

此外，该团队主张即使在纳米结构形成后也应保留优异的催化剂性能，以增强电催化剂的电化学活性表面积。他们还强调了仔细选择与其他金属合金化时能够有效协同作用的候选材料的重要性。这项研究的本质不在于提出新催化剂开发等具体成果，而是为催化剂设计提供基本考虑因素。

牵头这项研究的 Yong-Tae Kim 教授表示：“这项研究标志着我们旅程的开始，而不是结束。” 他分享了他的愿景，表示：“我们致力于根据这项研究获得的见解不断开发高效的水电解催化剂。”

该研究得到了韩国国家研究基金会未来材料发现计划的支持。

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