□ 本报记者 叶 真

“总有一天，水可以被电解为氢和氧，并用作燃料，而构成水的氢和氧……将会成为供暖和照明的无限能源。”出现在一个多世纪前的科幻小说中的“未来燃料”，如今已经触手可及，成为我们生活中的现实。

氢能源汽车、氢燃料电池……如今，越来越多的氢能源高科技产品进入了公众视野。近日，扬州大学物理科学与技术学院教授许小勇团队开创性地提出了一种通过二维过渡金属碳化物介导重构，从而保持电解水制氢催化剂活性持久稳定的新方法。

在此基础上，团队成功研发了一种高性能的镍铁氢氧化物催化剂，实现了绿色氢能制作工艺的“廉价高效”，为实现环境和能源的可持续发展提供了一种潜在的解决方案，相关研究成果已在《美国国家科学院院刊》发表。

根据氢气制取过程的碳排放强度，氢气被分为“灰氢”“蓝氢”和“绿氢”三类。许小勇告诉记者，目前，市面上超过98%的氢气来源于化石燃料，即所谓的灰氢。灰氢虽然价格相对较低，每公斤的成本大约在9至14元之间，但其生产过程中往往伴随着大量的二氧化碳排放。与此同时，利用可再生能源进行电化学水分解制氢（即绿氢）虽然无需担忧碳排放问题，但在当前工业化生产中仍面临着能耗高、效率低的挑战，严重限制了其规模化应用的前景。

许小勇进一步分析了造成这一困境的根源：水分子以其卓越的稳定性著称，必须在充沛的电能输入和高效催化剂的共同作用下，方能实现断键，进而分离出氢分子。“若我们仅仅着眼于提升电流密度，而忽视催化剂活性的改进，不仅会增加电能消耗，还可能事倍功半。”

为了更好地“事半功倍”，团队致力于电解水制氢“廉价高效”催化剂的研究。他们发现，镍铁氢氧化物这种催化剂在电解过程中展现出了卓越的“领跑”能力。其优势之处在于，它不仅能够显著降低电解过程中的能量损耗，提高电解效率，还具备低成本和丰富的资源储备等显著优势，这使得其成为了贵金属催化剂的理想替代品。“但是在持续电解水的过程中，这种催化剂会发生铁元素的泄漏，并且其活性会随之下降。”许小勇指出，这也是制约其在电解水制氢中广泛应用的“卡脖子”难题。

为了攻克这一难题，研究团队设计了一种解决方案，即通过二维过渡金属碳化物介导重构的方法，精确调控铁位点在催化剂结构中的配位状态，从而确保催化活性的持久稳定。

“简单来说，就是在电解水反应过程中形成了新的‘铁-氧’配位。”论文第一作者、扬州大学研究生虞倩形象地比喻，重构的过程，就好比是在一个舞会上，舞者换了新的舞伴后重组了“CP”。“不仅如此，将二维过渡金属碳化物作为介导物也是保证重构试验能成功的关键因素。”团队成员之一、扬州大学博士研究生李成表示，在重构配位后，催化剂在电解水制氢过程中起到了加速反应速率的作用，同时还能为自身的铁位点筑起一道坚实的防护屏障，抵御氧化的侵袭，从而提高整个电解水过程的效率和稳定性。

“可以畅想，这项研究成果为水电解制氢工业的大规模发展提供了依据和可能。”许小勇表示。