日本理化学研究所可持续资源科学中心 (RS) 的 Ryuhei Nakamura 领导的研究人员通过使用定制的化学反应催化剂，改进了从水中提取氢气的绿色和可持续方法。

该研究发表在《自然催化》杂志上，详细介绍了他们如何纵催化剂的 3D 结构，从而提高稳定性并将催化剂的寿命延长近 4000%。这些发现影响了实现持久和可持续的氢能源经济的能力。

使用质子交换膜的水电解是一种将水分解为氧气和氢气的绿色电化学过程。通过这种方式产生的氢气可以储存起来供以后使用。

例如，当与质子交换膜(PEM)燃料电池结合使用时，储存的氢气可用于为电动汽车提供动力。然而，质子交换膜电解仍然存在局限性，阻碍了其在发电厂等工业领域的广泛应用。

特别是，必要的化学反应发生在高酸性环境中，而这些反应的最佳催化剂是极稀土金属，例如铱。

正如 Nakamura 解释的那样，“将 PEM 电解扩大到太瓦级需要 40 年的铱，这当然不切实际，而且极不可持续。”

大约两年前，中村和他的团队开发了一种突破性的工艺，可以不依赖稀土金属进行酸性水电解。通过将锰插入氧化钴晶格中，他们创建了一种仅依赖于常见且可持续的地球金属的工艺。

尽管取得了成功，但该过程仍然不如 PEM 电解槽中所需的稳定。现在，他们在之前的发现的基础上开发出了一种更持久的地球丰富的催化剂。

新催化剂是一种氧化锰(MnO2)。关键发现是通过改变催化剂的晶格结构，反应稳定性可以提高 40 倍以上。氧化锰 3D 晶格结构中的氧有两种结构：平面结构和金字塔结构。平面版本与锰形成更强的键，研究人员发现，增加晶格中平面氧的含量可以显着增强催化稳定性。