韓國科學家突破！全球最省貴金屬的氫氣催化劑問世

韓國首爾大學工學院近日發表一項重大研究成果，由材料科學工程系金鎮永教授領軍，與國民大學李燦宇教授、韓國科學技術研究院（KIST）柳成鍾博士合作，成功開發出革命性的電化學催化劑。這項突破性技術採用具核殼結構的釕（Ru）基奈米團簇，僅需傳統鉑催化劑三分之一的貴金屬用量，卻能展現更優異的效能與穩定性，為環保氫氣生產技術開創新局。

這項研究成果已登上國際頂尖催化期刊《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）封面論文，顯示其創新價值與學術影響力。研究團隊特別設計的核殼結構催化劑，採用成本效益更高的釕金屬，大幅提升商業化應用潛力。

氫能因燃燒時不產生二氧化碳，被視為取代化石燃料的潔淨能源首選。其中，利用電解水技術分解水分子產生氫氣，是最環保的製氫方式之一。在眾多電解技術中，陰離子交換膜水電解（AEMWE）因能產出高純度氫氣，被譽為次世代技術。然而要實現商業化，關鍵在於開發兼具高效率與長期穩定性的催化劑。

目前製氫催化劑仍以鉑（Pt）為主，但高昂成本與快速劣化問題成為發展瓶頸。雖然學界嘗試開發非貴金屬替代品，卻普遍面臨效率低落與穩定性不足的困境。

為突破這些限制，研究團隊創新開發釕基核殼奈米團簇催化劑。釕金屬成本僅為鉑的一半，團隊更將催化劑尺寸縮減至2奈米以下，貴金屬用量僅傳統鉑電極的三分之一，效能卻超越現有鉑催化劑。

這款新型催化劑在相同貴金屬含量下，效能是鉑催化劑的4.4倍，創下氫析出反應效率新紀錄。其獨特的泡沫電極結構能最佳化反應物質供應，即使在高電流密度下仍保持卓越穩定性。在工業級AEMWE測試中，新催化劑所需電力遠低於商用鉑催化劑，展現其作為次世代水電解技術的變革潛力。

研發過程包含多項關鍵創新：首先以過氧化氫處理鈦泡沫基材形成氧化鈦薄層，再摻雜過渡金屬鉬（Mo），接著均勻沉積1-2奈米的氧化釕奈米顆粒。透過精準的低溫熱處理誘發原子級擴散，形成核殼結構。在氫析出反應中，電化學還原過程進一步強化材料特性，最終形成被多孔還原氧化鈦單層包覆的釕金屬核，介面處則分佈金屬鉬原子。

這項技術可望大幅提升製氫效率，同時減少貴金屬用量、降低生產成本。其高效能與經濟性的完美結合，使其在車用氫燃料電池、綠色運輸系統、氫能發電廠等工業應用極具競爭力。

金鎮永教授強調：「這款不足2奈米的核殼催化劑展現驚人效能與穩定性，將為奈米核殼裝置製造技術與氫氣生產帶來重大突破，加速實現碳中和未來。」研究第一作者林賢佑博士已獲選政府世宗學者計畫，目前於首爾大學金教授實驗室進行博士後研究，持續推進核殼催化劑技術的開發與商業化。

這項突破不僅具有實際應用價值，更代表一項可能加速能源系統從化石燃料轉型至氫經濟的重大技術進展。