汉阳大学ERICA·KIST以铑催化剂推动清洁氢能创新

by Lee Eunseo

Published 07 Feb.2025 07:36(KST)

碱性水电解效率最大化

汉阳大学ERICA校区化学分子工学系教授 Kim Byeonghyeon 与韩国科学技术研究院（KIST）博士 Lee Youngjun、Lee Seongho 共同研究团队于7日表示，他们开发出了用于实现零碳排放清洁氢气生产的高性能催化剂技术。

（自左起）通讯作者 - 汉阳大学ERICA校区 Kim Byeonghyeon 教授、韩国科学技术研究院 KIST Lee Youngjun 博士、韩国科学技术研究院 KIST Lee Seongho 博士。汉阳大学提供

（自左起）第一作者 KIST Natarajan Logeshwaran 博士、汉阳大学 ERICA Park Kyuchan 博士研究生＜图片由汉阳大学 ERICA 提供＞

本次研究提出了一种能够克服碱性水电解方式局限、并大幅提升经济性和效率的新概念催化剂（Rh-TiO2/CNF），有望为下一代清洁氢能经济奠定基础。

传统碱性水电解虽然具有设备成本低、结构简单等优点，但在水分解过程中，氢离子形成及析氢反应速率相对较慢，存在明显局限。为解决这一问题，研究团队将碳纳米纤维（CNF）用作载体，在其上形成二氧化钛（TiO2），并采用铑（Rh）单原子分别与氮（Rh-Nx）和氧（Rh-Ox）进行双重固定的方法。由此降低了催化剂表面水分解的能垒，并通过促进析氢反应（HER）产生协同效应，使得在碱性环境中也能实现高效率氢气生产。

本次研究开发的催化剂及碱性水电解系统示意图。汉阳大学提供

研究团队通过多种实验与计算化学分析，证实了Rh-Nx与Rh-Ox组合对析氢及水分解反应的影响。该催化剂在每单位电池面积的电流密度达到1 A/cm²的条件下仍能保持稳定，并确认可在高功率条件下连续运行225小时以上；在考虑产业化阶段的双电池AEMWE堆栈中也表现出优异的稳定性和效率。尤其是，该催化剂有望替代或补充现有昂贵的贵金属催化剂（如Pt、Ir等），被期待大幅提升经济竞争力。

KIST博士 Lee Youngjun 表示：“此次开发的二元铑单原子催化剂技术大幅提升了碱性条件下的氢气生产效率，将有助于实现下一代清洁氢能经济。”教授 Kim Byeonghyeon 也强调了研究意义，他表示：“通过计算化学方法明确了提升水电解催化剂性能的关键因素，今后将在新型催化剂设计及产业应用方面作出重要贡献。”