催化剂被视为氢能产业链中的关键环节，直接影响氢气制备效率以及燃料电池发电性能。传统催化剂多以颗粒形态制备，尽管工艺相对简便，但在实际运行中往往存在贵金属利用率不高、长期稳定性受限等问题。

以超薄纳米片替代颗粒，强调“结构创新”

韩国科学技术院（KAIST）研究人员提出以纸张般薄的片状结构替代传统颗粒催化剂，展示通过结构设计而非引入新材料，也可在降低贵金属用量的同时提升水电解制氢与燃料电池性能。材料科学与工程系赵恩爱教授团队开发的催化剂结构，核心在于引入超薄纳米片形态，其厚度较人类头发薄数万倍，用以突破颗粒催化剂在效率与耐久性方面的限制。

研究团队指出，水电解器与燃料电池是氢能生产与利用的关键技术，但商业化进程受到铱（Ir）与铂（Pt）等贵金属稀缺及成本高企的制约。在颗粒催化剂体系中，可参与反应的有效表面积有限，且长期运行会出现性能衰减。为此，团队将聚集的催化剂颗粒转变为横向延展的超薄片状结构，以提升活性表面积并改善稳定性。

水电解制氢：铱纳米片提升产氢速率并实现长时稳定

在水电解方向，团队制备了侧长1至3微米、厚度低于2纳米的超薄铱纳米片。研究显示，该结构显著增加了参与反应的活性表面积，使得在相同铱用量下获得更高的氢气产量。

团队还观察到，超薄纳米片可在二氧化钛（TiO2）载体上自然形成互联导电通路。二氧化钛此前因电导率较差通常不被视为理想催化剂载体，但在该结构设计下得以稳定使用，并进一步提升了耐久性。

实验结果显示，该催化剂的氢气生产速率较商业催化剂提高38%，并在高负载、工业相关条件下（1 A/cm2）稳定运行超过1000小时。研究同时指出，即使铱用量减少约65%，该催化剂仍可提供与商业基准相当的性能。

燃料电池：PtCu纳米片提升质量活性并降低铂用量

在燃料电池方向，团队将同一超薄纳米片设计策略用于氧还原反应催化剂，制备了铂铜（PtCu）纳米片，其厚度同样较人类头发薄数万倍。

燃料电池测试结果显示，该催化剂的单位铂质量活性较商业催化剂提高13倍，整电池性能提升约2.3倍。经过5万次加速耐久循环后，催化剂仍保持约65%的初始性能。研究还称，在减少约60%铂用量的情况下，该催化剂可实现与商业基准相当的性能。

论文发表与研究表述

赵恩爱教授表示，该研究提出的新型催化剂结构可在大幅减少昂贵贵金属用量的同时提升氢气生产与燃料电池性能。相关成果分别发表于两篇论文：聚焦水电解制氢的《超薄铱纳米片负载于二氧化钛上用于高效且耐久的质子交换膜水电解》刊登于《ACS Nano》；聚焦燃料电池的《超薄PtCu纳米片：高效且耐久氧还原反应催化剂的新前沿》刊登于《Nano Letters》。