研究团队近日公布一项面向阴离子交换膜水电解（AEMWE）的非贵金属氧气析出反应（OER）催化剂进展，称已设计并开发出具有层状结构的专有催化剂体系，以适配AEMWE在碱性条件下的运行环境。

相关成果发表于《ACS Nano》。研究提出一种催化剂设计策略，目标是在提升效率与耐久性的同时，降低对昂贵贵金属催化剂的依赖。该工作由韩国材料科学研究院（KIMS）能源与环境材料研究部崔成穆博士团队牵头，并与昌原国立大学李承华教授团队合作完成。

AEMWE在碱性条件下运行，被认为具备结构上的优势，可使用相对低成本的非贵金属催化剂替代贵金属，因此作为一种成本效益较高且本质安全的制氢技术受到关注。不过，能够在碱性环境中长期稳定运行的非贵金属OER催化剂不足，被认为是实际系统中进一步降低贵金属依赖的主要障碍之一。研究团队指出，传统过渡金属基催化剂在长期运行中可能出现结构退化、金属溶解及活性下降等耐久性问题。

为应对上述挑战，团队对基于钴（Co）与铁（Fe）的层状氧羟基化合物（CoFeOOH）催化剂进行精确结构设计，并引入可同时调控催化活性表面电子结构与反应路径的策略。研究称，该方法有助于形成结构稳定的催化活性层，并促进OER过程中的电荷转移。

研究进一步表示，在CoFeOOH层状结构中引入铁元素，可调节钴中心的电子态，降低与反应中间体吸附—脱附步骤相关的能垒；这些步骤被认为对OER至关重要。基于此，该催化剂在低过电位下实现高电流密度，并在长时间运行条件下保持稳定性能且未出现结构退化。

针对铁掺杂过程中可能引发的催化剂腐蚀与结构退化风险，团队还开发了专有的催化剂表面受控化学氧化技术，用以构建在碱性条件下更有利于OER的稳定表面结构。

研究团队将新开发的催化剂直接应用于AEMWE单元电池，在实际电解系统条件下对性能与耐久性进行验证，称其评估超越了实验室规模的半电池测试。研究认为，该结果显示非贵金属OER催化剂在AEMWE系统中具备实际应用的可能性，并有助于推动商业化前景。

崔成穆表示，本研究通过结构设计克服了非贵金属催化剂的局限性，团队将继续推进基于AEMWE的绿色制氢技术商业化进程。