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　　韓國材料科學研究所（KIMS）能源環(huán)境材料研究部的Sung Mook Choi博士和他的研究團隊成功開發(fā)了一種高度耐用的非貴金屬基制氫催化劑，用于使用廢堿水和陰離子交換膜（AEM）的直接電解系統(tǒng)。這一突破使直接利用工業(yè)過程中產(chǎn)生的堿性廢水生產(chǎn)清潔氫氣成為可能。值得注意的是，所開發(fā)的催化劑已應用于商業(yè)規(guī)模的64cm²單電池電解系統(tǒng)，并且在連續(xù)運行超過2000小時后，表現(xiàn)出了高制氫效率，性能下降不到5%，這表明了實際應用的強大前景。

　　在半導體制造和金屬蝕刻/清洗過程中會產(chǎn)生大量的堿水廢水。然而，由于處理成本高和潛在的環(huán)境危害，其再利用仍然是低效的。陰離子交換膜電解法（AEMWE）被認為是一種直接利用廢堿水而不需要單獨凈化的方法。然而，廢水中所含的雜質(zhì)和離子長期干擾電解過程中的電化學反應，顯著降低了制氫效率。

　　研究小組發(fā)現(xiàn)，鎳和氧化鈰之間的界面與廢堿水中的雜質(zhì)離子表現(xiàn)出弱的結合能。這一發(fā)現(xiàn)通過與富京大學Min Ho Seo教授小組的合作研究，利用密度泛函理論（DFT）計算，在理論上得到了驗證。此外，研究人員與建國大學Jang Yong Lee教授團隊合作，開發(fā)了一種即使在雜質(zhì)豐富的環(huán)境中也能保持性能的高度耐用的陰離子交換膜。

　　通過這一開發(fā)過程，研究小組創(chuàng)造了一種基于鎳和氧化鈰的異質(zhì)結構非貴金屬催化劑。該催化劑可直接應用于廢堿水電解系統(tǒng)，無需復雜的凈化過程。因此，該團隊取得了一項技術突破，不僅降低了氫氣的生產(chǎn)成本，還減輕了環(huán)境污染。

　　傳統(tǒng)的淡水電解系統(tǒng)需要大約18噸原水來生產(chǎn)1噸氫，其中必須提取大約9噸超純水。凈化這些水的費用估計在2340美元左右。相比之下，研究小組開發(fā)的“直接廢堿水電解技術”可以不經(jīng)凈化而大量利用廢堿水，大大降低了制氫成本。

　　研究小組使用共沉淀法合成了基于鎳和鈰氧化物的異質(zhì)結構非貴金屬催化劑，該方法通過溶解多種物質(zhì)并同時沉淀它們，從而易于大規(guī)模生產(chǎn)。通過兩步熱處理工藝得到最終催化劑。這種方法能夠形成大量的氧空位，并最大限度地提高電子-金屬支撐相互作用（EMSI），從而提高催化性能和耐久性。氧空位使電子流更順暢，加速析氫反應（HER），而金屬與周圍材料之間的強相互作用提高了催化劑的運行穩(wěn)定性和效率。

　　該技術一旦商業(yè)化，預計將加速未來移動和電力行業(yè)關鍵部件材料的自給自足，同時為創(chuàng)造清潔氫的新市場做出貢獻。在此基礎上，研究小組還致力于開發(fā)直接利用海水作為源的下一代AEMWE技術。

　　KIMS首席研究員Sung Mook Choi博士表示：“通過本研究，我們證明了工業(yè)廢堿水可以有效地回收用于制氫，大大降低了生產(chǎn)成本，同時也最大限度地降低了廢水運輸過程中泄漏事故的風險。”

　　他補充道：“非淡水電解技術在未來的清潔制氫領域有望得到越來越多的關注。”

　　本研究由韓國國家研究基金會（NRF）資助，由韓國政府（MSIT）資助（No. 1）。（RS-2024-00467234，國家氫中心實驗室)，由韓國科學和信息通信技術部資助的韓國國家研究基金會（NRF）資助的納米材料技術發(fā)展計劃（RS-2024-00409675），以及由韓國材料科學研究所（KIMS）資助的基礎研究計劃。該研究結果9日發(fā)表在國際權威學術雜志《Advanced Science》（影響因子14.3）上。

　　（素材來自：KIMS 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）