用一个原子同时制氢制氧，[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 08 Feb.2026 12:00(KST)

KIST开发“一体化”单原子水电解催化剂…有望降低绿色氢气商业化门槛

一直被视为绿色氢气生产瓶颈的水电解催化剂结构，出现了简化的新途径。这是一项在同一电极上同时进行析氢和析氧反应的“一体化（All-in-one）”单原子催化剂技术。

韩国科学技术研究院(KIST)表示，极限物性材料研究中心的研究团队，由Na Jongbeom博士和Kim Jongmin博士带领，将在单原子尺度上精密调控的单原子催化剂，与无需使用粘结剂的电极技术相结合，开发出了下一代水电解催化剂材料，并于8日对外公布。

利用植酸在锰、镍双层氢氧化物结构中，将铱均匀固定到单个原子尺度的单原子催化剂示意图。研究团队通过一种催化剂同时进行产氢和产氧反应，构建了多功能一体化阴离子交换膜水电解结构。研究团队提供

绿色氢气是通过利用电能分解水的水电解方式生产的。在现有水电解系统中，析氢反应（HER）和析氧反应（OER）分别需要不同的催化剂和电极结构，在这一过程中存在铱等高价贵金属用量不断增加的局限。为了将催化剂固定在电极上而使用的粘结剂会阻碍电流传导，或在长时间运行时导致催化剂脱落，这类问题也反复出现。

研究团队并未以块状形式使用铱（Ir），而是将其分散到原子尺度，均匀布置在以锰–镍–植酸为基础的载体表面。仅用极少量贵金属就最大化了反应面积。铱单原子一方面作为析氢反应的直接活性位点，另一方面又强化了发生析氧反应的镍基活性位点性能，从而实现了用一种催化剂同时完成两种反应的双功能性。

在此基础上，团队采用将催化剂直接生长在电极表面的“无粘结剂（binder-free）”电极结构，提高了电导率并解决了耐久性问题。结果表明，在将贵金属用量降至原有水平1.5%以内的同时，在阴离子交换膜水电解（AEMWE）系统中连续运行300小时以上后，性能几乎没有衰减，验证了其稳定性。

现有阴离子交换膜水电解技术在阳极和阴极需要不同催化剂，结构复杂且成本高（左图）。单原子一体化催化剂则利用同一种催化剂驱动两种反应，简化结构并降低贵金属和制造成本，同时保证长时间稳定性（右图）。研究团队提供

此次技术在简化电极结构的同时，将贵金属使用量降至最低，有望同步提升水电解系统的经济性和耐久性，意义重大。研究团队认为，该技术很有可能应用于大规模绿色氢气生产工艺所要求的高功率、长周期运行条件。

KIST高级研究员Na Jongbeom表示：“在大幅减少贵金属用量的同时，用一种催化剂解决了氢气生产所需的两种反应，这一点十分重要”，并称“有望加快水电解装置的商业化进程，并有助于降低氢气生产成本”。

本项研究在科学技术信息通信部的支持下，作为KIST主要项目、优秀青年研究项目、DACU源头技术开发项目以及韩美日国际联合研究项目的一部分开展。研究成果已发表在能源领域国际学术期刊《Advanced Energy Materials》上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。