随着全球竞相寻求清洁能源解决方案，氢气已成为从重工业到长途运输等各领域脱碳的热门候选能源。在众多氢气生产方法中，质子交换膜水电解(PEMWE)因仅需水和电即可产出高纯度氢气而备受关注。然而，PEMWE因依赖铂和铱等稀有且昂贵的金属，面临成本高昂的发展瓶颈。

近日，韩国研究人员或许找到了解决这一难题的方法。由韩国科学技术研究院(KAIST)金熙卓(Hee-Tak Kim)教授领导的团队与韩国能源研究所(KIER)的杜吉洙(Gisu Doo)博士合作，开发出一种无需铂涂层即可实现高性能PEMWE的新方法，有望显著降低生产成本，加速全球氢气的应用。

PEMWE电池通常使用氧化铱(IrOx)作为催化剂来驱动氧气析出反应。尽管IrOx活性较高，但若没有昂贵的铂，其潜力难以充分发挥。研究小组发现，电极界面的结构问题导致了电子传输不良。

他们指出，一个被称为“夹断”效应的关键问题存在于IrOx催化剂、离子聚合物(一种固体电解质)和钛基底的接触面。离聚物虽对传导离子至关重要，但在小催化剂颗粒周围却充当电绝缘体。当离聚物接触钛基底时，会在氧化层上形成屏障，降低导电性。

为克服这一问题，研究人员调整了粒径这一变量。他们制备了不同直径的IrOx催化剂，并使用真实的PEMWE单电池和计算机模拟进行评估。结果显示，大于20纳米的颗粒产生的夹断区更少，这使得电子能在催化剂和基质间更自由移动，从而在不使用铂的情况下恢复了性能。该团队首次在全球范围内证明，仅通过调整粒径就能显著提高PEMWE系统的导电性。

不仅如此，研究团队还优化了催化剂层的结构。其设计降低了离聚物的干扰，同时保持了强大的催化活性，打破了长期以来活性和导电性难以平衡的局面，此前这两个因素被认为相互排斥。