随着全球对可持续能源的需求不断增长，“绿色氢能”(不排放碳的氢气)正成为清洁能源领域的热门候选。近日，一个研究团队取得重大突破，开发出一种新型铁基催化剂，使热化学绿色氢能生产的转化效率提高了一倍以上。相关研究成果已发表于《Acta Materialia》杂志。

该研究团队由浦项科技大学机械工程系的Hyungyu Jin教授和首尔国立大学材料科学与工程系的Jeong Woo Han教授共同领导。

当前，化石燃料造成的污染和气候变化问题引发了人们的高度担忧，氢气作为一种仅在燃烧时排放水的清洁能源载体，正受到越来越多的关注。在众多制氢方法中，热化学水分解(利用热能将水分解为氢气和氧气)被认为极具发展潜力。该过程的关键在于金属氧化物，它们能够循环吸收和释放氧气，起到“氧气海绵”的作用。

然而，大多数传统氧化物存在一个关键问题：由于热力学特性，它们需要在极高的温度下才能有效运行，这极大地限制了其商业可行性。为解决这一难题，研究团队开发出一种新型的贫铁镍铁氧体(Fe-poor NiFe₂O₄，简称NFO)。

传统氧化物通常依赖于非化学计量反应，只能实现相对较少的氧吸收和释放。而贫铁的铁氧体则展现出独特的相变机制，即使在较低温度下也能实现显著更大的氧容量。

实验数据显示，新型氧化物实现了每克氧化物0.528%的水到氢的转化效率，是之前性能最佳材料设定的0.250%基准的两倍多。

这项研究之所以引人注目，不仅在于开发出高效催化剂，还在于研究团队成功揭示了其背后的机制。通过结合实验技术和计算机模拟，研究人员首次在原子层面上识别出氧化铁材料中驱动氢气生成的“结构活性位点”。他们进一步发现，两种类型的铁位点之间的氧化还原波动与氢产量直接相关，这一发现可为未来设计更有效的催化剂提供指导。

Hyungyu Jin教授表示：“这项研究意义重大，它提出了一种利用丰富的氧化铁资源实现经济可持续的制氢途径，也为利用太阳能或工业废热作为制氢能源开辟了道路。”

Jeong Woo Han教授补充道：“这项工作是一个有力例证，展示了实验科学和计算科学通过跨学科合作共同揭示基本原理。”

更多信息：Dongkyu Lee等人，《铁基相变氧化物在高效热化学水分解中的结构洞察》，Acta Materialia (2025)。