电解水制取绿色氢气的新方法！

水电解是一种利用丰富的水资源生产氢气的方法，是一种不产生二氧化碳排放的环保技术。然而，这一工艺由于依赖铱（Ir）等贵金属催化剂而受到限制，在经济上并不可行。研究人员正在积极探索开发金属合金形式的催化剂，以应对这一挑战。

最近，在开发制氢催化剂这一艰巨任务方面的研究取得了重大进展。 浦项科技大学（POSTECH）材料科学与工程系和黑色金属与生态材料技术研究生院的金永泰（Yong-Tae Kim）教授和材料科学与工程系的博士生金奎洙（Kyu-Su Kim）合作开展了一项研究项目，为未来水电解催化剂的开发提供了一个很有前景的方向。 该 研究作为封面文章刊登在《ACS Catalysis》上。

研究在水电解催化研究领域，主要的催化剂是铱、钌（Ru）和锇（Os）。铱虽然稳定性高，但活性低，价格昂贵。相反，钌的活性值得称赞，与铱相比更具成本效益，但缺乏同样的稳定性。

另一方面，锇在各种电化学条件下都很容易溶解，从而形成具有更大电化学活性表面积的纳米结构，从而提高了几何活性。

最初，研究小组开发了使用铱和钌的催化剂。通过将这些金属组合在一起，他们成功地保留了每种金属的优良特性，从而使催化剂的活性和稳定性都得到了提高。由于纳米结构的形成扩大了电化学活性表面积，含有锇的催化剂表现出很高的活性。这些催化剂保留了铱和钌的优势特性。

通过特定成分分析确定趋势并设计平衡催化剂。

随后，研究小组扩大了实验范围，将所有三种金属都纳入其中。结果表明，活性适度提高，但锇的溶解产生了不利影响，大大损害了铱和钌的结构完整性。在这个系列中，纳米结构的团聚和腐蚀加速，导致催化性能的平衡性下降。

根据这些发现，研究小组提出了进一步研究催化剂的几个途径。首先，他们强调需要一种能同时评估活性和稳定性的指标。这一指标被称为活性-稳定性因子，最初由 Kim 的研究小组于 2017 年提出。

此外，该团队还主张即使在形成纳米结构后也要保持催化剂的优良特性，以提高电催化剂的电化学活性表面积。他们还强调了精心选择候选材料的重要性，这些材料在与其他金属合金化时可以有效地协同作用。这项研究的精髓不在于介绍新催化剂开发等具体成果，而在于提供催化剂设计的基本注意事项。

参考文献

Kyu-Su Kim et al, Deteriorated Balance between Activity and Stability via Ru Incorporation into Ir-Based Oxygen Evolution Nanostructures, ACS Catalysis (2023). DOI: 10.1021/acscatal.3c01497

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