华南理工大学环境与能源学院教授赵伯特团队提出下一代低成本丰产金属酸性析氧催化剂的设计指南，助力绿色氢能大规模制备。相关成果于12月17日在线发表在《自然-催化》（Nature Catalysis）杂志。

论文第一作者、华南理工大学环境与能源学院博士生万仁典表示，质子交换膜（PEM）水电解作为绿色氢气生产的前沿技术，具有广阔的应用前景，但其广泛商业化进程受限于贵金属基析氧反应（OER）催化剂的高成本和稀缺性。

目前，唯一商用的PEM电解槽阳极OER催化剂是贵金属基的氧化铱，然而，铱金属（Ir）近5年的平均市场价格高达58000美元/磅，远高于地球丰产金属如钴（Co，19美元/磅）、铁（Fe，0.26美元/磅）和锰（Mn，1.5美元/磅）。

此外，贵金属的稀缺性进一步阻碍了PEM电解槽的大规模应用。例如，实现太瓦级规模将需要大约相当于40年铱的生产量。因此，利用低成本且资源丰富的元素替代贵金属，不仅能显著降低成本，还有助于推动绿色氢气的大规模制备。

针对低成本丰产金属酸性析氧反应催化剂在酸性溶液中稳定性较差、开发难度较大以及应用于器件中的困难等挑战，赵伯特团队系统地讨论了器件层面到催化剂电子结构层面的衰减机理及催化剂在酸性环境中的溶解过程。并结合先进的表征技术、Pourbaix图、动力学分析等进行总结和深入分析催化衰减机理。

基于现有的理论研究和实验数据，赵伯特团队通过对不同材料和催化剂设计策略的电化学数据进行系统分析，提出下一代低成本丰产金属酸性析氧催化剂的设计指南。最后，团队总结了该领域的关键科学挑战，并展望了未来的发展方向。

上述研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广州市基础研究计划、中央高校基本科研业务费、国家重点研发计划、以及广东省引进创新创业团队计划等项目的大力支持。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41929-024-01266-6