上海高等研究院研发新型低铱高熵合金催化剂 突破质子交换膜电解水制氢技术瓶颈

2026-08-16 10:04:57来源：互联网

2026年5月26日，中国科学院上海高等研究院对外公布一项重要科研成果：团队成功研制出超细IrRuCoMnV高熵合金催化剂，一举攻克了质子交换膜电解水制氢领域长期存在的低铱载量下催化活性与结构耐久性难以兼顾的核心难题，为绿氢生产技术的升级提供了关键支撑。

作为绿氢生产的核心技术，质子交换膜电解水制氢的商业化推广一直受限于阳极氧析出反应的诸多瓶颈。这一反应不仅处于强酸性、高电位的恶劣环境中，动力学进程本身也十分迟缓，且对贵金属铱有着高度依赖。传统铱基催化剂遵循吸附质演化机制，存在无法突破的理论过电位极限，反应速率被含氧中间体吸附能的线性比例关系牢牢束缚；而能绕过这一限制的晶格氧机制，又容易因反应过程中氧空位的持续累积，导致催化剂结构快速退化失活。如何在降低铱使用量的同时，兼顾催化活性与长期稳定性，成为行业内亟待解决的关键问题。

针对这一痛点，上海高研院的研究团队创新性地设计了具有双层结构的超细IrRuCoMnV高熵合金催化剂（HEA@IrRu）。这款催化剂以高熵合金为内层，表面构建起富IrRu的活性层，通过多元素之间的协同效应精准调控电子结构及界面配位环境，成功将阳极氧析出反应的路径从吸附质演化机制转换为具有更高本征活性的晶格氧机制，从根源上提升了催化反应的效率。

为解决晶格氧机制下催化剂易失活的问题，团队在高熵合金组分中特意引入锰、钒等亲氧过渡金属元素，构建起一套氧空位动态补充的自修复机制。当催化剂在反应过程中因晶格氧参与反应产生氧空位时，这些亲氧元素能够快速补充空位，有效抑制了催化剂结构的退化，大幅提升了其长期运行的稳定性。

经过质子交换膜电解水的实际工况测试，这款新型催化剂展现出优异的性能：在铱载量仅为0.4mg cm-2的低贵金属用量条件下，实现了超过2000小时的稳定运行，同时保持了极高的催化活性。这一成果既大幅降低了制氢过程中的贵金属成本，又突破了“活性与寿命不可兼得”的行业困境，为酸性阳极氧析出反应催化剂的设计提供了全新的思路与方向。

目前，相关研究成果已发表在国际知名学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上，研究工作得到了科学技术部、中国科学院等部门的大力支持。这一技术突破不仅推动了质子交换膜电解水制氢技术的商业化进程，也为绿氢产业的规模化、低成本发展注入了新的动力，助力能源转型与碳中和目标的实现。