该材料可保持1500小时的工业性能，解决了绿色氢气生产的主要成本和供应链挑战。

　　在脱碳竞赛中，氢已经成为一种很有前途的清洁燃料。但是，尽管它有潜力为工业和无排放的运输提供动力，但可持续的氢生产面临着一个主要障碍——高成本和铱的稀缺。

　　莱斯大学（Rice University）的研究人员已经开发出一种新的催化剂，可以将质子交换膜（PEM）电解槽中的铱用量减少80%以上。

　　这一突破可能会使绿色氢生产变得更加实惠和可扩展。

　　莱斯大学化学与生物分子工程副教授Haotian Wang说：“这是使绿色氢更容易获得和扩展的重要一步，通过将铱的使用量减少80%以上，我们正在解决氢经济中最大的经济和供应链瓶颈之一。”

　　目前的PEM电解槽严重依赖于铱，铱是少数几种能够承受水分解的恶劣酸性环境的金属之一。但铱是地球上最稀有的元素之一，每克价格约为160美元。

　　Wang说：“如果不减少铱的消耗，仅电解槽的预计需求就可能超过全球年供应量的75%。如果我们认真考虑扩大氢气生产，这根本是不可持续的。”

　　为了解决这个问题，莱斯大学的研究小组设计了一种催化剂，将铱原子嵌入氧化钌晶格中，而不是覆盖在表面。

　　他们与迪诺拉技术公司（De Nora Tech）合作，利用密度泛函理论和蒙特卡罗模拟来预测最佳的原子排列。

　　莱斯大学化学与生物分子工程副教授托马斯·森特尔说：“我们的模拟显示，地下层中的铱原子起着关键作用。它们有助于保护上面的钌原子在极端的电化学条件下不溶解。”

　　该团队合成了一种名为Ru₆IrOₓ的材料，其特点是钌和铱的比例为6:1。它能维持每平方厘米2安培的工业级电流密度，持续超过1500小时，且退化最小。

　　森特尔说：“关键是实现铱在氧化钌结构中的均匀分布，这种均匀性促进了稳定性，因为铱有助于稳定氧化物晶格中邻近的钌原子。”

　　迪诺拉技术公司的工业测试证实了催化剂的性能。在一个25平方厘米的PEM电解槽中，莱斯设计的催化剂在使用一小部分金属的情况下与纯铱系统的活性相匹配。

　　Wang说：“我们的研究结果表明，我们不需要富含铱的催化剂来实现耐久性。这为大规模生产具有成本效益的高性能PEM电解槽打开了大门。”

　　经济和科学影响经济分析发现，用Ru₆IrOₓ代替标准氧化铱可使阳极催化剂成本降低80%以上。这种设计还减少了受铱价格波动影响的风险。

　　除了成本之外，这项研究还为催化剂工程提供了一个新的思路——从内部稳定材料，而不是涂上保护层。

　　森特尔说：“这项工作强调了理论和实验是如何携手合作的。通过将原子尺度模拟与严格的实验测试相结合，我们已经能够确定少量铱是如何稳定整个氧化晶格的。”

莱斯大学（Rice University）鸟瞰