从水中制取清洁氢气被视为将可再生能源转化为化学能的重要途径，但提升这一过程的效率仍是科学难题。日本东北大学的研究人员开发出一种新型催化剂设计，能够在碱性条件下更顺畅地促进氢气的生成，推动绿氢生产向实用化迈进。

碱性水电解制氢的核心在于析氢反应。在阴离子交换膜水电解过程中，这一反应涉及两个紧密相连的步骤：水分子的裂解和氢气的生成。若其中任何一步反应迟缓，都将影响整体效率。现有许多催化剂往往只能优化其中一个步骤，类似于生产线上个别工位提速而其他环节无法同步，难以实现整体性能的提升。

针对这一失衡问题，研究团队提出了一种“辅助驱动”策略，将钌(Ru)与二氧化钒(VO₂)相结合。通过在钌活性位点周围引入二氧化钒，催化剂被设计为能够连续优化水裂解步骤和氢气生成步骤。在钌与二氧化钒的界面处，形成的V-O-Ru共轭π键可动态调节活性位点的电子结构，促进水分子更快裂解。同时，可逆的氢溢流过程有助于调控氢的吸附状态，使催化剂更接近微观动力学模型预测的理想反应条件。

在相同测试条件下，新型催化剂表现出优于传统Ru/C和Pt/C催化剂的析氢活性。其过电位为12 mV(电流密度10 mA cm⁻²)，转换频率达到12.2 s⁻¹，表明能够以较低能量损耗实现高效产氢。研究团队还将催化剂应用于实际运行的阴离子交换膜电解槽设备中，通过弛豫时间分布分析证实，实验室中观测到的反应动力学改善能够在设备层面得以体现。

日本东北大学原子分子材料科学高等研究所副教授张逸舟表示：“这种辅助驱动概念使我们能够协调多个反应步骤，而非单独优化。通过设计钌与二氧化钒的界面结构，可以改善碱性析氢反应的整体动力学。”

更高效耐用的电解槽有助于降低制氢所需电力并延长系统使用寿命。绿氢成本下降将推动其在钢铁生产、化工制造、航运及大规模储能等领域的应用。研究团队计划进一步优化界面结构，并探索将辅助驱动策略拓展至其他催化体系。相关实验与计算数据已上传至由郝李实验室开发的最大规模催化数据库“数字催化平台”。

出版详情：作者：Tingyu Lu 等，标题：《更便宜的绿色氢气?新的催化剂设计减少了AEM电解器的能量损失》，发表于：《ACS催化》 (2026)。期刊信息：ACS催化