南开大学研制出高效催化剂，电催化水分解制氢研究取得重要进展

IT之家 8 月 3 日消息，按照制氢的三种方法，氢能分为灰氢、蓝氢、绿氢。其中，以可再生能源电解水制氢为代表的绿氢在生产过程中不产生温室气体，被广泛视为实现碳中和目标的重要路径之一。

南开大学电子信息与光学工程学院罗景山教授团队联合西班牙巴斯克大学 Federico Calle-Vallejo（费德里科卡列 — 瓦列霍）教授团队在电催化水分解制氢研究中取得重要进展。

该联合团队利用金属载体相互作用构筑了碱性条件高活性析氢催化剂，能够在每平方米 5 万安培的大电流密度下稳定运行超过 1000 小时，满足了阴离子交换膜电解水制氢技术商业化应用的需求，相关研究成果已经发表在《自然-通讯》上（IT之家附 DOI:10.1038/s41467-024-50691-5）。

罗景山介绍称，当前的电解水过程大多使用铂基材料作为析氢反应催化剂，性能优良但成本较高。钌作为价格较低的贵金属，具有高催化活性和良好的耐久性，是铂的理想替代品，具有较好的应用前景。

IT之家注：电解水就是通过电能将水分解成氢气与氧气的过程。在电能和高效催化剂的共同作用下，水分子被电解，析出氢分子和氧分子。目前，碱性电解水（ALK）和质子交换膜电解水（PEM）两种电解水制氢技术占比较高，前者成本更低，但产生的氢气纯度不高且能量效率低，而阴离子交换膜（AEM）制氢技术被认为是集 ALK 与 PEM 优势于一体的第三代电解水制氢技术，具有高效率、低成本、快速启停等优势。

罗景山教授提到，“已被报道的碱性条件下的钌基析氢催化剂大多是在低电流密度下进行测试。能够在大电流密度下保持电催化剂的高性能，从而满足大规模商业化应用的需要，是我们团队攻关的核心问题。”

论文第一作者、南开大学电子信息与光学工程学院博士生赵佳表示，“我们使用 Ru NPs / TiN 作为析氢反应催化剂组装了 AEM 电解槽，在每平方厘米 0.5 安培、1 安培和 2 安培的电流密度下分别实现了 70.1%，64.3% 和 58.0% 的能量效率，并能在每平方厘米 1 安培，2 安培和 5 安培的电流密度下稳定运行超过 1000 小时，性能几乎没有衰减。”

“在 5 安培每平方厘米的工业级电流密度下，我们的研究成果能够在 AEM 电解槽中高效稳定运行，满足了 AEM 制氢大规模商业化应用的需求。”罗景山说，“未来，我们团队将继续投入到绿氢制备技术的自主研发之中，促进科技成果尽快转化落地，为构建零碳、低成本、安全可靠的绿氢能源供给体系贡献力量。”