“破解燃料电池催化剂寿命缩短之谜”……首次在原子尺度上揭示

by Sim Jinseok

Published 06 May.2026 10:50(KST)

韩国能源工科大学与浦项工科大学联合研究
被评价为高性能能源材料开发的转折点

韩国能源工科大学（KENTECH）与浦项工科大学（POSTECH）联合研究团队，从原子尺度揭示了下一代燃料电池催化剂性能随时间下降的原因。

他们从纳米粒子生成的瞬间到长时间使用后崩解的全过程进行了实时追踪。研究成果被评价为有望成为今后开发高性能、高耐久能源材料的转折点。

本研究由KENTECH的 Oh Sangho 教授团队与POSTECH的 Han Hyun 教授团队共同完成。

他们将目光聚焦于通过“溶出（exsolution）”方式形成的金属纳米粒子催化剂。所谓溶出，是指氧化物内部的金属在高温还原环境下迁移至表面，自发形成纳米粒子的现象。与传统的沉积方式相比，该方式形成的纳米粒子更加牢固地固定在载体上，具有更高的稳定性。

显示出溶出纳米粒子形成、晶体缺陷被修复后，在长时间反应过程中表面塌陷与第二相生成并导致退化的示意图。韩国能源工科大学供图

研究团队利用实时透射电子显微镜，直接观测了从纳米粒子生成到退化的全过程。结果发现，在初始阶段，镍（Ni）纳米粒子向表面迁移的同时，“反相边界（APB）”缺陷也同步消失。

这表明，溶出并非单纯的粒子生成过程，而是伴随晶体结构重排和缺陷修复的复杂过程。

然而，在长时间高温还原环境下，情况发生了变化。随着镍和锶（Sr）逐渐流失，表面出现微小塌陷，随后形成第二相，结构性崩解随之推进。

研究团队将这一过程解释为“结构平衡—再失衡—分解”的连续演变。

本研究证明，催化剂性能下降并非仅由粒子长大或团聚导致，而是▲晶体缺陷演变 ▲元素流失 ▲表面结构变形 ▲第二相形成等多种因素复合作用的结果。

尤其是，研究明确指出，在催化剂设计中，不仅要考虑初始活性，还必须兼顾长期稳定性。

Oh Sangho 教授表示：“本研究的意义在于，从原子尺度直接确认了溶出催化剂性能下降的根本原因。”Han Hyun 教授也表示期待称：“此次成果将发展成为高性能、高耐久催化剂的设计策略。”

相关研究结果已发表在纳米科学领域权威期刊《ACS Nano》上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。