崭新技术 提升绿色氢能生产效率

由香港城市大学（城大）领导、成员来自香港、中国内地及日本的研究团队，成功研发出一种全新的催化剂材料，有望大幅提升洁净氢燃料生产的效率及耐用性。

这项突破性研究利用高密度的单原子铱（Iridium，一种稀有金属），大幅提升水分解成氢气和氧气的效率，而这种分解过程对氢燃料电池与大规模储能等可再生能源技术至为关键。

研究人员透过将单原子铱放置在由钴铈化合物制成的超薄片层上，创造出一款极为稳定且活跃的催化剂。这款名为CoCe–O–IrSA的催化剂在水分解过程中表现卓越，只需极少额外能源便能推动高速率的析氧反应：在电流密度为100mA cm-2时，过电位仅187mV；并能在严苛条件下持续稳定进行超过1000小时。

带领研究的香港城市大学助理副校长（企业）、材料科学及工程学系教授何颂贤说：「这项研究的重要性在于解决了催化作用的一大核心挑战：即如何在实际运作条件下令高密度单子催化剂稳定下来。」

他补充：「透过引导亚稳前驱体自我重建，我们成功令分散的铱原子固定在精心设计的CoCe基质上，令金属与基质的交互作用达至最大化。这种策略不仅提升催化活性，亦同时显著改善催化剂在析氧反应中的长期持久性，对水分解与再生能源技术具有关键意义。」

这领域最大的挑战之一，在于如何避免单一金属原子在反应过程中聚集，导致效能减弱。研究团队运用了一种创新方法，使铱原子在正常条件下能自动排列成稳定的结构，成功克服此难题。

研究人员在现实的设置中测试这款催化剂，将之用于海水分解成氢气与氧气反应系统。催化剂持续有效运作逾150小时，显示其极具实用潜力。

透过详细的实验与计算机模型，研究人员揭示这款催化剂在原子层面上如何运作。他们发现，单原子铱是化学反应发生的重要「活性部位」，有助电子更容易移动，并提升氧气生产的整体效能——这是许多洁净能源系统中的关键步骤。尽管此技术看似跟日常生活仍然遥远，但今次研究实际上直接支持了高效能及可持续的水电解产氢，连海水亦可作原材料。

何教授解释道：「氢是一种使用时零排放的洁净燃料。随着全球逐步淘汰化石燃料，我们的研究有助令大规模绿色氢气生产更切实可行、更具成本效益且更持久，为更环保的运输、能源储存与工业应用铺平道路。」

研究成果已发表于《Nature Communications》，题为 “Atomic-scale self-rearrangement of hetero-metastable phases into high-density single-atom catalysts for the oxygen evolution reaction。

研究团队下一步将把这项自我重构策略进一步应用到其他蕴藏量丰富的金属及复合多金属系统上，藉此进一步降低对稀有贵金属的依赖。他们亦计划将这些催化剂整合至完整的电解系统中，并在各种现实条件下，例如电力供应波动或天然海水环境中，测试其实际表现，从而推动绿色氢能生产迈向更广泛的应用。