斯德哥尔摩皇家理工学院的研究人员报告称，其在催化剂原子尺度工作机制上的新见解，有望推动氢燃料生产技术朝更高效、更可持续的方向发展。

电解水是生产氢气的关键过程之一，通常需要使用催化剂来降低能耗。然而，传统镍铁氧化物催化剂的结构复杂性，使得在原子层面精确观测其反应机制具有挑战性。该研究团队设计了一种分子支架，能将镍、铁原子固定在特定位置，从而实现对反应核心步骤的细致观察。研究成果已发表于《自然化学》期刊。

该研究由KTH的孙立臣教授主导，Mårten Ahlquist教授及博士研究员Hao Yang共同参与。通过分子支架技术，研究人员得以观测质子转移等关键步骤。孙立臣教授表示：“分子支架使我们最终得以观察到质子传递的运作过程。这一发现解释了为什么镍和铁能如此有效地协同工作，以及我们如何才能使它们发挥更大的作用。”

研究发现，铁原子与镍原子之间的特定排列与距离，有助于促进氧气生成步骤——这是水分解过程中较难进行的环节。同时，研究还识别出能加速反应同时保持电子转移同步的适宜酸碱度条件。团队开发的催化剂在长时间运行后仍能保持稳定。

研究人员指出，由于体系差异，将其催化剂与传统最先进催化剂进行直接定量比较存在难度，但在相似电压下，其催化活性显示出数量级提升。Ahlquist教授表示：“这很重要，因为更高的周转率可以减少能源损失和运行时间，从而降低每公斤氢气的成本。”

这项基础研究将实际催化剂性能与分子层面的机理理解联系起来，为设计性能更优、寿命更长的下一代催化材料提供了思路。对于氢燃料生产领域，这意味着有望以更高的效率生产清洁能源。Ahlquist教授总结道：“我们的研究成果将现实世界中的镍铁氧化物催化剂与详细的分子结构理解联系起来。这为开发性能更佳、寿命更长的下一代材料铺平了道路。”

更多信息： Hao Yang 等人，《金属羟基介导异相 O–O 键形成中的分子内质子转移》，《自然化学》 (2025)。期刊信息： 自然化学