近日，韩国科学技术院(KAIST)材料科学与工程系的EunAe Cho教授团队，在氢能关键催化剂技术上取得突破性进展。研究团队创新性地采用超薄纳米片结构替代传统的颗粒状催化剂，显著减少了贵金属用量，并同步提升了电解水制氢与燃料电池发电的性能。相关研究成果分别发表在学术期刊《ACS Nano》和《纳米快报》上。

传统催化剂通常为颗粒形态，其活性表面积有限，且长期运行中易发生性能衰减。同时，制氢催化剂常用的铱(Ir)和燃料电池催化剂所需的铂(Pt)均属稀有贵金属，成本高昂，严重制约了氢能技术的商业化。Cho教授团队的核心思路是通过结构革新而非寻找新材料来破解这一难题。他们成功将团聚的催化剂颗粒转化为纸状、超薄且横向延展的纳米片结构，其厚度仅为人类头发的数万分之一。

在制氢方面，团队制备了横向尺寸1-3微米、厚度低于2纳米的超薄铱纳米片。这一结构极大增加了参与反应的活性表面积。研究发现，纳米片能在导电性不佳的二氧化钛(TiO₂)载体上自发形成导电网络，从而稳定地利用该廉价载体，提升了耐久性。测试表明，在工业级高负荷条件下(1 A/cm²)，该催化剂的产氢效率比商业催化剂高出38%，并能稳定运行超过1000小时。尤为重要的是，即使铱用量减少约65%，其性能仍与商业催化剂相当。在燃料电池领域，团队研发的铂铜纳米片催化剂，其单位质量铂的活性达到商业催化剂的13倍，全电池性能提升约2.3倍，且在经历5万次加速老化测试后仍能保持约65%的性能，铂用量亦减少约60%。

此项研究开发的新一代催化剂架构，同步解决了效率、耐久性和成本三大关键挑战。EunAe Cho教授指出，该成果为降低氢能成本、加速其商业化进程提供了一个关键的转折点。通过简单的结构创新，即可大幅减少对昂贵稀有金属的依赖，同时提升设备性能，这为氢能技术的规模化应用铺平了道路。

出版详情：作者：Dongwon Shin 等人，标题：《用于高效耐用质子交换膜水电解的氧化钛上超薄铱纳米片》，发表于：《ACS Nano》 (2025)。期刊信息：《ACS Nano》

出版详情：作者：SangJae Lee 等人，标题：《超薄 PtCu 纳米片：高效耐用氧还原反应催化剂的新前沿》，发表于：《纳米快报》 (2025)。期刊信息：《纳米快报》