KAIST 成功开发不含铂的高性能电解水催化剂，使氢经济更接近

氢气作为一种不排放碳的清洁能源而受到关注。在各种方法中，利用电力将水分解成氢气和氧气的水电解被认为是一种环保的制氢方法。具体来说，质子交换膜水电解 （PEMWE） 被认为是下一代制氢技术，因为它能够在高压下生产高纯度氢气。然而，由于严重依赖昂贵的贵金属催化剂和涂层材料，现有的 PEMWE 技术在商业化方面面临限制。韩国研究人员现在提出了一种新的解决方案来解决这些技术和经济瓶颈。

韩国科学技术院（KAIST）总裁李光亨（Kwang Hyung Lee）于6月11日宣布，由化学与生物分子工程系教授Hee-Tak Kim领导的研究团队与韩国能源研究所（KIER，总裁Chang-keun Lee）的Gisu Doo博士共同研究，开发了一种下一代水电解技术，该技术无需昂贵的铂（Pt）涂层即可实现高性能。

研究小组专注于“氧化铱 （IrOx）”（一种用于水电解电极的高活性催化剂）未能发挥最佳性能的主要原因。他们发现这是由于电子转移效率低下造成的，并且是世界上第一次证明，只需控制催化剂粒径就可以最大限度地提高性能。

在这项研究中，揭示了氧化铱催化剂在没有铂涂层的情况下无法表现出优异性能的原因是由于催化剂、离子导体（以下简称离聚物）和 Ti（钛）衬底之间的界面处出现的“电子传输电阻”——水电解电极中固有的核心成分。

具体来说，他们确定了“夹断”现象，即催化剂、离聚物和钛衬底之间的电子途径被阻塞，是电导率降低的关键原因。离聚物具有接近电子绝缘体的特性，因此当它围绕催化剂颗粒时会阻碍电子流动。此外，当离聚物与钛衬底接触时，会在钛衬底的表面氧化层上形成电子势垒，从而显着增加电阻。

为了解决这个问题，研究团队制造并比较了各种粒径的催化剂。通过单电池评估和多物理场仿真，他们在全球范围内首次实验证明，当使用 20 纳米 （nm） 或更大的氧化铱催化剂颗粒时，离聚物混合区域会减少，从而确保电子路径并恢复电导率。

此外，他们通过精确的设计成功地优化了界面结构，同时确保了反应性和电子传输。这一成就表明，以前无法避免的催化剂活性和电导率之间的权衡可以通过细致的界面设计来克服。

这一突破有望成为重要的里程碑，不仅对于高性能催化剂材料的开发，而且对于质子交换膜水电解系统的未来商业化，该系统可以在实现高效率的同时大幅减少贵金属的使用量。

Hee-Tak Kim 教授表示：“这项研究提出了一种新的界面设计策略，可以解决界面电导率问题，这是高性能水电解技术的瓶颈。他补充说：“即使没有铂等昂贵的材料，也能确保高性能，这将是离实现氢经济更近的垫脚石。

这项研究由KAIST化学与生物分子工程系的博士生Jeesoo Park作为第一作者，于6月7日在能源与环境领域的领先国际期刊'能源与环境科学'（IF：32.4,2025）上发表，并因其创新和影响力而受到认可。（论文标题：On the interface electron transport problem of highly active IrOx catalysts， DOI： 10.1039/D4EE05816J）。

这项研究得到了贸易、工业和能源部新能源和可再生能源核心技术开发项目的支持。

家凯斯特

프린트

공유

KAIST 是韩国第一所也是顶尖的科技大学。KAIST 一直是通往先进科学技术、创新和创业的门户，我们的毕业生一直是韩国创新背后的关键参与者。KAIST 将继续追求科学技术的进步以及韩国及其他地区的经济发展。

KAIST 教育、研究并引领创新，为人类的幸福和繁荣服务。KAIST 培养具有创造力、勇于接受挑战、在创造知识并将其转化为变革性创新方面具有爱心的人才。

2031 年愿景是 KAIST 为 KAIST 成立 60 周年而制定的战略发展计划。“2031 年愿景”重申了韩国科学技术院的创始使命，即韩国科学技术院作为韩国第一所也是顶尖的科技大学，转型为一所创业型大学，其知识创造全球价值，造福全人类。

为了实现成为“全球价值创造型领先大学”的愿景，韩国科学技术院将创建一个安全的校园，并实施以下措施，以建设一个为人类的繁荣和进步做出贡献的可持续发展校园。

原文KAIST NEWS CENTER