通过同时提升水电解性能和稳定性，开启了高效生产绿色氢气的新路径。水电解是将水进行电分解以生产清洁氢气的技术。但在水电解过程中产生的气泡会堵塞通道，从而导致效率降低。国内研究团队解决了这一问题，开发出一项创新技术，使气泡像在畅通无阻的高速公路上那样快速排出，从而提高氢气生产效率.
KAIST表示，生物化学工程系 Lee Jinwoo 教授研究团队与韩国化学研究院 Kim Sungjun 博士研究团队、建国大学 Lee Jangyong 教授研究团队合作，在催化层内部对水和气体通过的路径进行全新设计，成功同时提升了水电解性能和稳定性。这一消息于28日公布。
（上排自左起）Byeon Jaeho KAIST博士研究生、Ban Minkyoung KAIST博士研究生，（下排自左起）Lee Jinwoo KAIST教授、Kim Sungjoon 化学研究院博士、Lee Jangyong 建国大学教授。KAIST供图
View original image首先，联合研究团队利用二维介孔碳（具有大量纳米级微小孔洞的薄碳结构体）纳米片，构建了有利于物质顺畅迁移的低曲折结构。也就是说，他们在催化层内部实现了“如同高速公路般的通道”，用以替代狭窄复杂的小巷，使水和气体能够快速通过。
此外，团队还在碳表面上稳定固定了钌（Ru）纳米簇（nanocluster，尺寸为数纳米级的超细金属颗粒），以提高析氢反应速度，并通过调控界面结构（不同物质相互接触的边界面），确保在长时间运行情况下催化剂也不会受损。
应用该技术时，水电解过程中产生的气泡不会在催化层内部堆积，而是被快速排出，这一点已经得到验证。在高电流通过的极端环境下，反应仍然保持稳定性。
本研究的核心在于对氢气生成路径本身进行重新设计，从根本上消除了既有问题。传统水电解装置在反应过程中产生的气泡会在内部堆积，阻碍水和电流的流动，从而降低性能。与此不同的是，联合研究团队通过改变催化层结构，使气泡能够快速排出，从而解决了上述问题。
目前，氢气作为碳中和时代的核心清洁能源备受关注，但其生产成本高、系统效率低，始终是难以突破的瓶颈。尤其是传统高性能水电解装置需要大量使用昂贵的贵金属，因此在实现大规模商业化方面面临困难。
相比之下，联合研究团队开发的这项技术，具有以更低成本、更高效率生产环保氢气的意义，为绿色氢气生产打开了新的可能。
联合研究团队强调，此次技术展示出仅用少量贵金属也能实现高性能与高稳定性的潜力。基于此，他们预计今后可将该技术拓展应用于大规模绿色氢气生产、环保发电系统、氢燃料汽车与环保出行工具、碳中和工业流程等多个领域。
Lee Jinwoo 教授表示：“本次研究的关键在于对能量流动路径进行全新设计，从而提高水电解效率”，“即便只使用少量贵金属，也能实现高效绿色氢气生产，有望加速未来环保氢气生产的商业化进程”。
另一方面，本研究由 KAIST 生物化学工程系的 Byeon Jaeho 和 Ban Minkyung 博士研究生以共同第一作者身份参与。研究成果已于本月22日发表在能源领域国际学术期刊《Joule》在线版上，并计划刊登于9月16日出版的《Joule》正式期刊。
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