中國研究人員開發出一種新型催化劑，能夠通過減少所需的鉑金量，使氫氣生產變得更加便宜和高效。
氫氣常被視為清潔能源，因為使用時不會產生溫室氣體，但目前大多數氫氣仍然是由化石燃料製造的。
一種更清潔的方法是利用可再生電力分解水，但該過程依賴催化劑來加速氫氣產生反應（HER）。雖然鉑金是氫氣生產中最有效的催化劑，但其稀有且昂貴，限制了其實際應用。
為了降低成本並提高基於鉑金的氫氣生產的可行性，北京工業大學和中國科學院的研究人員致力於開發一種新的雙金屬催化劑。
最終，研究人員研製出一種創新的鉑金-鈷合金，並將其應用於 MXene——這種層狀材料因其優良的導電性和大表面積而受到重視，該材料通過將成本降低與高效能和耐用性相結合，提供了一個有前景的解決方案。
這種突破性的材料將微量的鉑金與鈷相結合，保持高催化性能的同時，顯著減少了昂貴鉑金的使用。這一方法可能使清潔氫氣生產更具實用性，並為未來可持續和經濟的能源解決方案鋪平道路。
研究人員使用逐步還原法，在 MXene 上均勻分佈鉑金-鈷（PtCo）合金顆粒。這種方法確保了金屬顆粒的均勻分散，最大化了催化劑在氫氣生產中的有效性。
研究人員在摘要中解釋道：「更重要的是，MXene 的二維納米片能夠因其大比表面積而暴露更多活性位點。此外，具有優良電導率的 MXene 基材以及 PtCo 和 MXene 之間的和諧界面增強了電荷轉移效率，降低了反應活化能。」
在酸性條件下進行的測試顯示，PtCo/MXene 催化劑在 −10 mA/cm² 時的低過電位為 60 mV，在 −100 mA/cm² 時的低過電位為 152 mV。該催化劑在使用過程中也保持穩定，成為實際氫氣生產的有力候選者。
研究人員發現，催化劑的獨特結構使電子能夠更快轉移，並使氫氣在反應過程中更容易釋放。計算機模擬進一步顯示，添加鈷會改變鉑金的電子結構，從而增強其催化活性。
這一改進提高了氫氣產生反應的整體效率，顯示出精心設計的金屬組合如何顯著提升清潔能源應用的性能。
通過提高一種需要最少鉑金的催化劑的效率，研究人員為開發更可持續且易於擴展的氫能系統開辟了新的可能性。
該研究已發表在《Frontiers in Energy》期刊上。
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