传统制氢工艺需要使用化石燃料或CO2，而电解法则从水分子中提取“绿色氢气”。由于水本身不能分解为氢和氧，因此需要通过高活性电催化剂来实现电化学氢水转化过程。然而，由于析氧反应缓慢，传统水电解法面临着提高水分解反应效率的技术挑战。采用贵金属基氧化钌（RuO2）和氧化铱（IrO2）可以提高产氧率，但这些贵金属催化剂价格昂贵，而且长期使用稳定性差。

表面富氧金属合金的晶体结构（上左）；在水电解反应中产生氧和氢（上右）；该催化剂设计表现出具有最小过电位的最佳析氧活性（下图）。（图片来源：phys.org）

据外媒报道，在成均馆大学基础科学研究所（IBS）综合纳米结构物理中心副主任Lee HyoYoung的领导下，IBS研究小组开发了一种高效、持久的电催化剂，利用钴、铁和微量钌实现水氧化。

主要研究人员Lee Jinsun和Kumar Ashwani表示：“我们使用两亲性嵌段共聚物，来控制单钌原子-双金属合金中的静电引力。这些共聚物能够促进碳氢化合物分子球形团簇的合成，而这些分子的可溶性和不溶性部分形成核心和壳层。在这项研究中，受益于独特的化学结构趋势，可以合成存在于稳定的钴铁金属复合材料（周围是有缺陷的多孔石墨化碳壳）上的高性能单原子钌合金。

Lee表示：“我们非常激动地发现，在合成过程中，Co-Fe合金表面的预吸附氧（在合成过程中被吸附），可以稳定氧生成反应中的一个重要中间体（OOH），提高催化反应的整体效率。在此之前，人们对表面预吸附氧几乎没有兴趣。”

研究人员发现，在750摄氏度的氩气环境中退火四小时是最适合氧气生成过程的条件。除了宿主金属表面的有利反应环境外，产生氧的单个钌原子也通过降低能垒来发挥作用，协同提高产氧效率。

研究团队根据析氧反应需要的过电压指标来评估催化效率。相比之下，高级贵金属电催化剂每平方厘米只需180mV的过电压就能达到10mA的电流密度，而氧化钌需要298 mV。此外，单钌原子-双金属合金可在长达100小时的时间内保持稳定，而不出现任何结构变化。同时，含石墨碳的钴、铁合金还可以补偿导电性，提高析氧速率。

Lee表示：“这项研究将促进绿色无碳氢经济的发展。我们可以利用高效、廉价的制氧电催化剂，进一步克服化石燃料精炼过程中存在的长期挑战，以环保低成本方式生产商用高纯度氢气。”