嶄新技術　提升綠色氫能生產效率

由香港城市大學（城大）領導、成員來自香港、中國內地及日本的研究團隊，成功研發出一種全新的催化劑材料，有望大幅提升潔淨氫燃料生產的效率及耐用性。

這項突破性研究利用高密度的單原子銥（Iridium，一種稀有金屬），大幅提升水分解成氫氣和氧氣的效率，而這種分解過程對氫燃料電池與大規模儲能等可再生能源技術至為關鍵。

研究人員透過將單原子銥放置在由鈷鈰化合物製成的超薄片層上，創造出一款極為穩定且活躍的催化劑。這款名為CoCe–O–IrSA的催化劑在水分解過程中表現卓越，只需極少額外能源便能推動高速率的析氧反應：在電流密度為100mA cm-2時，過電位僅187mV；並能在嚴苛條件下持續穩定進行超過1000小時。

帶領研究的香港城市大學助理副校長（企業）、材料科學及工程學系教授何頌賢說：「這項研究的重要性在於解決了催化作用的一大核心挑戰：即如何在實際運作條件下令高密度單子催化劑穩定下來。」

他補充：「透過引導亞穩前驅體自我重建，我們成功令分散的銥原子固定在精心設計的CoCe基質上，令金屬與基質的交互作用達至最大化。這種策略不僅提升催化活性，亦同時顯著改善催化劑在析氧反應中的長期持久性，對水分解與再生能源技術具有關鍵意義。」

這領域最大的挑戰之一，在於如何避免單一金屬原子在反應過程中聚集，導致效能減弱。研究團隊運用了一種創新方法，使銥原子在正常條件下能自動排列成穩定的結構，成功克服此難題。

研究人員在現實的設置中測試這款催化劑，將之用於海水分解成氫氣與氧氣反應系統。催化劑持續有效運作逾150小時，顯示其極具實用潛力。

透過詳細的實驗與電腦模型，研究人員揭示這款催化劑在原子層面上如何運作。他們發現，單原子銥是化學反應發生的重要「活性部位」，有助電子更容易移動，並提升氧氣生產的整體效能——這是許多潔淨能源系統中的關鍵步驟。儘管此技術看似跟日常生活仍然遙遠，但今次研究實際上直接支持了高效能及可持續的水電解產氫，連海水亦可作原材料。

何教授解釋道：「氫是一種使用時零排放的潔淨燃料。隨着全球逐步淘汰化石燃料，我們的研究有助令大規模綠色氫氣生產更切實可行、更具成本效益且更持久，為更環保的運輸、能源儲存與工業應用鋪平道路。」

研究成果已發表於《Nature Communications》，題為 “Atomic-scale self-rearrangement of hetero-metastable phases into high-density single-atom catalysts for the oxygen evolution reaction。

研究團隊下一步將把這項自我重構策略進一步應用到其他蘊藏量豐富的金屬及複合多金屬系統上，藉此進一步降低對稀有貴金屬的依賴。他們亦計劃將這些催化劑整合至完整的電解系統中，並在各種現實條件下，例如電力供應波動或天然海水環境中，測試其實際表現，從而推動綠色氫能生產邁向更廣泛的應用。