水解制氢的催化平衡

阿贡材料科学家Nenad Markovic认为找到一种适合能量转换或储存的材料就像创造一段美满的婚姻。通过使用两种密集的天然元素制备成合金后再去除其中一种，可重塑材料的结构，更好地平衡了化学反应的三个重要因素：活性，稳定性和导电性。科学家们目前正在周期表中寻找合适的元素或元素组合来制备催化剂，以实现其水解活性的提升及其表面上活性位点的耐久性的优化。然而，找到活性高，稳定性好的材料一直是一个挑战。

对于新的催化剂，Markovic所在的实验室转向了铱元素，这是一种与陨石最相关的金属。铱薄膜具有催化活性，但铱原子在电解质中会被逐步氧化，一部分会因为腐蚀离开催化剂表面，降低催化活性。为了提高铱的活性和稳定性，该研究小组将铱和锇进行合金化，以重组铱的结构来防止其氧化。与铱不同，锇既没有催化活性，也不稳定，但却有利于铱性能的提升。将锇和铱合金化并去合金后，可以得到三维铱纳米孔的重组结构。三维铱纳米孔催化稳定性的增强是因为孔内的电解液少，铱离子很快饱和，从而使表面原子停止溶解。

纳米孔结构不但满足了对催化剂活性及稳定性的要求，还有助于提高材料的导电性。在使用过程下，多孔催化剂会在其高导电性铱内部形成独特的低导电性氧化铱外壳。这样，电子可以很容易地通过催化剂到达分界面，与等待的水分子实现水解反应。

该课题组名为“纳米多孔核壳铱/氧化铱析氧催化剂的平衡活性，稳定性和电导率”的研究在11月13日发表于Nature Communications。这项工作是由DOE，国家研究基金会，纳米融合基金会和韩国能源技术评估和规划研究所资助的。