新研究或颠覆制氢贵金属催化剂认知

在工业脱碳和清洁能源发展中，绿氢的生产至关重要，而氧化铱作为产生绿色氢气的最先进催化剂材料，一直备受关注。

近日，俄克拉荷马州诺曼市传来新消息，《自然催化》杂志发表的一项新研究颠覆了人们对氧化铱寿命的长期看法，俄克拉荷马大学教授 Kasun Gunasooriya 博士是该研究团队主要成员。

以往人们总是假设催化剂是一种刚性结构，在反应条件下不会发生显著变化。

但此次研究发现，氧化铱在使用过程中结构会发生变化。铱在长时间使用后不会完全变成无定形，而是形成短程有序模式。

Gunasooriy 将催化剂比作手机电池，新买时手机电池效率为 100% ，但五年后，容量可能下降到 75% 或更低。当研究团队尝试模拟一些短程催化剂表面模式时，发现新生成的表面铱原子比原始铱更活跃。

这一发现意义重大，可能为绿氢生产带来很大的降本空间。

绿氢是通过电解产生，利用绿色电力将水分子分解成氢和氧，过程不产生温室气体排放。但目前通过电解生产氢气成本很高，每公斤绿色氢气约 5 美元，而生产灰氢每公斤仅 1 美元。

高昂成本主要来自反应所需的催化剂。用于水电解的最佳催化剂是氧化铱，它稳定性强，而其他潜在催化剂如铁或钴在酸性水电解下稳定性较差。

若能减少铱的使用量，就能降低绿氢的价格。

此研究表明，如果科学家能够合成这些特定的短程氧化铱活性位点，就可以减少设备中铱的用量，进而降低成本，符合美国能源部 “氢能计划” 推动清洁能源转型的目标。

无独有偶，2025 年 2 月 15 日，东京燃气公司也传来关于制绿氢用催化剂的好消息。

东京燃气公司致力于开发技术，将用于生产绿色氢气的水电解催化剂产品中使用的稀有金属铱（Ir）的数量减少到传统数量的五分之一以下，目前耐久性评估正在进行中。

该公司计划与 SCREEN Holdings（HD）合作，在 2025 年秋季之前建立量产系统，生产使用当前型号中 Ir 含量三分之一的产品。

东京燃气公司与 SCREEN HD 共同开发的用于固体聚合物膜（PEM）型水电解的 “催化剂涂覆电解质膜（CCM）”，通过结合应用薄层催化剂的技术和使用添加剂减少催化剂使用量的技术，实现了铱使用量达到欧洲 2030 年目标的三分之一，该业务将以 “PEXEM” 品牌进行商业化。

通过添加新的催化还原技术，公司设定目标将铱的使用量减少到欧洲目标的五分之一以下，虽具体技术尚未披露，但已确认了水电解的高性能，正在进行耐久性评估以期商业化。

此外，公司还与美国新创公司 California Catalyst 合作，开发不使用 Ir 的合金催化剂，通过快速测试和 AI 将一百万个合金催化剂候选者范围缩小到八种，非铱合金催化剂的评估也将陆续进行。

东京燃气公司和 SCREEN HD 计划采用 CCM 进行大规模氢气生产，项目计划于 2030 年左右开始，并将在 SCREEN 的彦根工厂建立大规模生产系统，到 2025 财年末年生产能力将达到 2 吉瓦 ，并将根据需求到 2026 年扩大到最多 6 吉瓦，目前正在与日本和海外 20 多家公司进行谈判，采用卷对卷生产方式可提供高达 5,000 平方厘米的大面积产品。

这两项研究和技术突破，都将极大地改变人们对绿氢催化剂的认知，无论是催化剂寿命和结构的新发现，还是降低铱使用量的技术进展，都为绿色氢能源的广泛应用和成本降低带来了新的希望 ，有望推动清洁能源领域迈向新的发展阶段。