摘要：随着世界转向可持续能源的转变，“绿色氢”（而不发出碳产生的氢）已成为清洁能源的领先候选人。现在，科学家已经开发了一种新的基于铁的催化剂，该催化剂使热化学绿色氢的转化效率增加了一倍以上。...

随着世界转向可持续能源的转变，“绿色氢”（无需发射碳而产生的氢）已成为清洁能源的领先候选人。向前迈出了一大步，由Postech机械工程系的Hyungyu Jin教授领导的合作研究团队和首尔国立大学材料科学与工程系的Jeong Woo Han教授开发了一种新的基于铁的催化剂，使热化学绿色氢生产的转化效率增加了一倍以上。他们的发现最近发表在《 Acta Metitalia》杂志上。

随着对化石燃料驱动的污染和气候变化的越来越关注，氢作为一种清洁能源载体的关注，仅在燃烧时散发出水。在各种氢生产途径中，热化学水分裂（使用热能将水分成氢和氧气）被认为是特别有前途的。这一过程的核心是金属氧化物的作用，金属氧化物在周期中吸收并释放氧气，实际上像“氧海绵”一样起作用。

但是，大多数常规氧化物都受到关键限制：由于其热力学特性，它们需要极高的温度才能有效运行。这阻碍了他们的商业生存能力。为了应对这一挑战，研究小组开发了一种新颖的铁矿铁矿（Fe-Poor Nife2O4或NFO）。尽管传统的氧化物通常依赖于允许相对较小的氧气吸收和释放的非化学计量反应，但富裕的铁氧体表现出一种独特的相变机制，即使在较低温度下，也可以显着更大的氧气能力。实验结果表明，新型氧化物达到了每克氧化物的水到氢转化效率为0.528％，这是先前表现最佳材料设定的0.250％基准的两倍以上。

这项研究特别值得注意的是，不仅是高效催化剂的发展，而且是该团队在揭示基本机制方面的成功。研究人员结合了实验技术和计算模拟的组合，能够首次识别氧化铁材料中的“结构活性位点”，这些氧化铁材料在原子水平上驱动氢的生产。他们进一步揭示了两种类型的铁位点之间的氧化还原摇摆与氢产量直接相关 - 这种见解可以指导更有效的催化剂的未来设计。

“这项研究是有意义的，因为它提出了使用丰富的铁氧化物的经济和可持续的氢生产途径，”“它也为使用太阳热或工业废料作为氢发电的能源开辟了门。” Jungwoo Han教授补充说：“这项工作是一个令人信服的例子，说明实验科学和计算科学如何通过跨学科合作来揭示基本原理。”

这项研究得到了Circle Innovation科学技术计划，韩国国家研究基金会和韩国材料科学研究所的支持。