铱用量削减80%仍稳定运行1000小时…GIST打破绿色氢气“成本壁垒”[解读科学]

by Kim Jonghwa

Published 25 Mar.2026 08:53(KST)

大幅减少高价催化剂用量，同时兼顾性能与耐久性……成果发表于国际学术期刊《Advanced Science》

由国内研究团队主导，有望大幅缓解一直被视为绿色氢气生产最大难题的“稀有金属依赖度”问题。研究人员开发出一种水电解电极，在大幅减少高价金属铱的用量的同时，仍可长时间稳定运行。

光州科学技术院（GIST）25日表示，化学系教授 Park Chanho 团队开发出一种高性能电极，在保持氢气生产核心催化剂铱（Ir）使用量较以往减少80%以上的前提下，仍可在1000小时以上无性能衰减地稳定工作。

具有两种晶体结构的氧化铱形成过程。图示利用球形模具展示了合成同时具有晶体结构和非晶结构的氧化铱的过程。经热处理后，结构重新排列并形成内部中空的纳米结构，从而扩大反应面积并获得有利于电子传输的通道，提高了性能。研究团队提供

氢气生产的代表性技术——水电解，是利用电能将水分解为氢气和氧气的方式，几乎不排放碳，因此被视为下一代能源技术而备受关注。尤其是质子交换膜（PEM）水电解能够生产高纯度氢气，被业界视为最具前景的技术路线。

问题在于催化剂。铱是促进水中产氧反应的关键材料，但价格昂贵且储量有限。此外，在提高反应速度时催化剂会更快失效，而增强耐久性又会导致性能下降，“活性—耐久性相互矛盾”的关系叠加，使其一直被视为实现商业化的最大障碍。

通过双相催化剂同时兼顾性能与耐久性

研究团队通过设计结合晶体（crystalline）结构和非晶（amorphous）结构的“双相（dual-phase）”氧化铱催化剂，解决了这一难题。

他们将催化剂设计成由中空球形晶体结构骨架与填充其间的非晶结构构成的形态，从而构建出电子可移动的连续通路。非晶结构负责增加发生反应的活性位点，晶体结构则承担导电性和结构稳定性，两者实现功能分工。

研究团队将该催化剂应用于实际水电解装置的核心部件——膜电极组件（MEA），以验证其性能。在边长1厘米的电极上持续施加工业水平电流（1安培）超过1000小时，结果显示，在无性能衰减的情况下稳定地产生氢气。电压升高幅度也仅为每小时31.5微伏（μV），几乎维持与初始状态相同的效率。这意味着即便长时间运行，性能仍能保持在“可商业化水平的耐久性”。