成本减半效率倍增！韩国宣布研制全球最优制氢催化剂

近日，韩国科研团队宣布在制氢催化剂领域取得重大突破。

首尔国立大学工学院材料科学与工程系Jin Young Kim教授、Hyun Woo Lim 博士，国民大学Chan Woo Lee教授，韩国科学技术研究院（KIST）Sung Jong Yoo博士等人，共同研发出成本较低的钌基 “核壳结构催化剂”。

相关研究成果不仅发表于催化领域顶级期刊《能源与环境科学》，还被选为封面论文。

氢气作为清洁能源，在燃烧过程中不会排放二氧化碳，被视为化石燃料的理想替代物。水电解是生产环保氢气的有效方法之一，其中阴离子交换膜水电解（AEMWE）因能制取高纯度氢气，成为极具潜力的下一代制氢技术。

然而，要实现 AEMWE 的商业化应用，开发兼具高效性与长期稳定性的催化剂是关键所在。

当前，铂（Pt）及铂族金属其高效和稳定性被广泛应用于制氢催化剂，但其成本高昂且存在降解损耗。

世界各国研究人员开始尝试探索非贵金属替代品，却因效率低、稳定性差等问题，难以满足工业使用要求。

为解决这些难题，韩国研究团队开发出基于钌（Ru）的新型核壳纳米团簇催化剂。

该催化剂通过将颗粒尺寸减小至 2 纳米以下，并将贵金属用量降至传统铂基电极的三分之一，不仅成本效益比铂高出两倍多，在性能上也远超现有铂催化剂。

测试显示，新催化剂的析氢反应效率比同等贵金属含量的铂催化剂高出 4.4 倍。

此外，其独特的泡沫电极结构优化了反应物质的供应，确保在高电流密度下仍能保持出色的稳定性。

在工业规模的 AEMWE 测试中，与商用铂催化剂相比，新型钌基催化剂所需功率明显更低，展现出巨大的商业应用潜力。

研究团队在催化剂开发过程中运用了多项创新技术：先用过氧化氢处理钛泡沫基材，形成二氧化钛薄层并掺杂过渡金属钼（Mo），随后将 1 - 2 纳米的氧化钌纳米颗粒均匀沉积在改性基材上。

经过精确的低温热处理，诱导原子级扩散，形成核壳结构。在氢析出反应中，电化学还原过程进一步增强了材料性能，最终得到由多孔还原二氧化钛单层包裹钌金属核、界面处含有金属钼原子的核壳纳米团簇材料。

研究团队表示，这种核壳纳米团簇催化剂有望显著提升氢气生产效率，减少贵金属使用量，从而降低生产成本。其高性能与经济可行性的结合，使其成为汽车氢燃料电池、环保交通系统、氢能发电厂及各类工业应用的有力选择。

Jin Young Kim教授表示：核壳催化剂尽管小于 2 纳米，但展现出卓越的性能和稳定性。这一突破将推动纳米核壳器件制造技术和氢气生产的发展，助力迈向碳中和的未来。

该项研究的第一作者 Hyun Woo Lim 博士已入选政府的世宗奖学金计划，目前继续在首尔国立大学开展研究，致力于核壳催化剂技术的进一步开发与商业化。

铂道观点：

当下，全球科研人员纷纷聚焦于催化剂领域，全力研发兼具更高效率和更低成本的制氢催化剂。

今年以来，中国、日本、韩国的科研团队在制氢催化剂研究领域亮点频出，一系列科研成果振奋人心。

无论是哪一方的科研成果最终在行业中脱颖而出，我们都秉持着积极的态度，由衷地期待他们取得成功。

良好的竞争状态将为氢能行业注入源源不断的发展动力，推动整个行业不断前进。

（信息来源：ScitechDaily 等）