一个研究团队开发了一种新方法，旨在加速发现价格低廉、性能稳定且支持清洁制氢的材料。他们的方法可以减少对昂贵贵金属的依赖，从而帮助氢能——一种前景光明的清洁能源——更广泛地普及。

该研究成果发表在《美国化学会志》上。

氢气可以通过水分解产生，该过程利用电能将水分子分解成氢气和氧气。该过程涉及两个关键反应：析氧反应(OER) 和析氢反应 (HER)。

虽然一些金属氧化物(由金属和氧组成的化合物)已显示出作为低成本催化剂的潜力，但它们通常会在通常用于工业水分解的酸性环境中降解。

为了应对这一挑战，该团队设计了一个“闭环”研究框架，将催化剂开发的多个阶段整合在一起。这包括使用数据分析识别有潜力的候选催化剂，在实际操作条件下测试其行为，并通过实验室实验确认其性能。所有步骤都通过一个数字系统连接起来，以便持续学习和改进。

“我们工作的核心是一个名为 DigCat 的数据驱动平台，”东北大学先进材料研究所 (WPI-AIMR) 的教授郝力解释说。“它通过预测水分解过程中材料表面的行为，帮助我们有效地探索各种材料，这通常是材料有效性的关键。”

利用这种方法，研究人员发现了一种名为 RbSbWO 6的化合物，它是一种极具前景的催化剂。它在酸性条件下表现出色，在析氧反应(OER)和析氢反应(HER)中都表现出色——这对于低成本、未经改性的金属氧化物来说并不常见。值得注意的是，即使长时间使用，该材料仍能保持结构稳定，这是实际应用的关键要求。

研究人员强调，从计算机筛选到实验室验证的整个过程展示了数字工具与实验工作相结合的力量。

“我们不只是在寻找更好的材料，”李说道，“我们还在创造一种更智能的方法来寻找它们。”

除了水分解之外，该团队的框架还可以应用于其他重要的化学反应，例如将二氧化碳转化为有用的燃料，或将氮气转化为氨。这些反应是可持续能源和环境技术的核心。

研究的下一阶段涉及扩展表面状态数据库并将该方法应用于其他材料系统。

李说：“通过更多地了解表面在反应过程中的行为，我们可以发现以前被忽视的材料中隐藏的潜力。”

该团队希望这一战略能够加速全球能源转型的经济高效解决方案的进程。

更多信息： Xue Jia 等，《闭环框架：发现稳定且低成本的双功能金属氧化物催化剂，用于酸性条件下高效电催化水分解》，《美国化学会志》(2025)。期刊信息： 美国化学会志