摘要：首尔大学（Seoul National University）工学院宣布在环保制氢方面取得了重大进展。由材料科学与工程系的Jin Young Kim教授领导的研究小组、国民大学（Kookmin University）的Chan Woo Lee教授和韩国科学技术

首尔大学（Seoul National University）工学院宣布在环保制氢方面取得了重大进展。由材料科学与工程系的Jin Young Kim教授领导的研究小组、国民大学（Kookmin University）的Chan Woo Lee教授和韩国科学技术研究院（KIST）的Sung Jong Yoo博士合作，开发出了一种高度先进的电化学催化剂。这一突破有望推动下一代可持续制氢技术的发展。

该催化剂具有核壳结构的钌基纳米团簇。尽管只含有少量的贵金属，但它具有出色的性能和卓越的稳定性。在工业规模的水电解系统中进行测试时，它表现出令人印象深刻的效率，显示出强大的商业应用潜力。

这项研究发表在催化领域的权威期刊《能源环境科学》（Energy & Environmental Science）上。该研究被选为封面论文，突出了其创新方法和学术影响。

氢：一种清洁能源氢被广泛认为是一种清洁能源，因为它燃烧时不排放二氧化碳，这使它成为化石燃料的有希望的替代品。生产环保氢气的最有效方法之一是水电解，即用电将水分解成氢和氧。在各种电解方法中，阴离子交换膜电解（AEMWE）因其能够产生高纯度的氢气而成为下一代技术，备受关注。然而，为了使AEMWE在商业上可行，需要既能提供高效率又能提供长期稳定性的催化剂。

目前，铂（Pt）是应用最广泛的制氢催化剂，但其高成本和快速降解的特性带来了重大挑战。虽然研究人员已经探索了非贵金属替代品，但这些材料通常效率低，稳定性差，不适合工业使用。

为了克服这些限制，研究小组开发了一种基于钌（Ru）的新型核-壳纳米簇催化剂，其成本效益是铂的两倍多。通过将催化剂尺寸减小到2纳米（nm）以下，并将贵金属的用量减少到传统铂基电极的三分之一，该团队取得了超越现有铂催化剂的卓越性能。

新开发的催化剂的性能比具有相同贵金属含量的铂催化剂高4.4倍，为析氢反应效率设定了新的基准。此外，它还记录了有史以来最高的析氢催化剂性能。其独特的泡沫电极结构优化了反应材料的供应，即使在高电流密度下也能确保出色的稳定性。

在工业规模的AEMWE测试中，与商用铂催化剂相比，这种新型催化剂所需的功率大大降低。这一结果巩固了其作为下一代水电解技术改变游戏规则解决方案的潜力。

开发过程涉及几个关键的创新。首先，研究小组用过氧化氢处理泡沫钛基底，形成薄薄的氧化钛层。然后掺杂过渡金属钼（Mo）。接下来，氧化钌纳米颗粒，尺寸只有1-2纳米，被均匀地沉积在修饰的衬底上。

精确的低温热处理诱导原子级扩散，形成核壳结构。在析氢反应过程中，电化学还原过程进一步增强了材料的性能，导致钌金属芯被多孔还原单层二氧化钛包裹，金属钼原子位于界面处。

展望未来，核壳纳米团簇催化剂有望显著提高制氢效率，同时大幅减少所需贵金属的数量，最终降低生产成本。它的高性能和经济可行性的结合使它成为氢燃料电池在汽车、环保交通系统、氢发电厂和各种工业应用中的强有力的候选者。

除了实际应用之外，这一突破代表了一项重大的技术进步，可以加速从化石燃料能源系统向氢驱动经济的过渡。

Jin Young Kim教授强调了此次研究的影响，他说：

“核壳催化剂虽然小于2纳米，但表现出优异的性能和稳定性。”

“这一突破将对纳米核壳器件制造技术和氢气生产的发展做出重大贡献，使我们更接近碳中和的未来。”

另外，该研究的第一作者Hyun Woo Lim博士被选定为世宗政府奖学金对象，并在首尔大学Kim教授的实验室继续进行博士后研究。他目前的工作重点是进一步开发和商业化核壳催化剂技术。

（素材来自：Seoul National University 全球氢能网、新能源网综合）

来源：大红影视