阿貢材料科學(xué)家Nenad Markovic認為找到一種適合能量轉(zhuǎn)換或儲存的材料就像創(chuàng)造一段美滿的婚姻。通過使用兩種密集的天然元素制備成合金后再去除其中一種，可重塑材料的結(jié)構(gòu)，更好地平衡了化學(xué)反應(yīng)的三個重要因素：活性，穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。科學(xué)家們目前正在周期表中尋找合適的元素或元素組合來制備催化劑，以實現(xiàn)其水解活性的提升及其表面上活性位點的耐久性的優(yōu)化。然而，找到活性高，穩(wěn)定性好的材料一直是一個挑戰(zhàn)。

對于新的催化劑，Markovic所在的實驗室轉(zhuǎn)向了銥元素，這是一種與隕石最相關(guān)的金屬。銥薄膜具有催化活性，但銥原子在電解質(zhì)中會被逐步氧化，一部分會因為腐蝕離開催化劑表面，降低催化活性。為了提高銥的活性和穩(wěn)定性，該研究小組將銥和鋨進行合金化，以重組銥的結(jié)構(gòu)來防止其氧化。與銥不同，鋨既沒有催化活性，也不穩(wěn)定，但卻有利于銥性能的提升。將鋨和銥合金化并去合金后，可以得到三維銥納米孔的重組結(jié)構(gòu)。三維銥納米孔催化穩(wěn)定性的增強是因為孔內(nèi)的電解液少，銥離子很快飽和，從而使表面原子停止溶解。

納米孔結(jié)構(gòu)不但滿足了對催化劑活性及穩(wěn)定性的要求，還有助于提高材料的導(dǎo)電性。在使用過程下，多孔催化劑會在其高導(dǎo)電性銥內(nèi)部形成獨特的低導(dǎo)電性氧化銥外殼。這樣，電子可以很容易地通過催化劑到達分界面，與等待的水分子實現(xiàn)水解反應(yīng)。

該課題組名為“納米多孔核殼銥/氧化銥析氧催化劑的平衡活性，穩(wěn)定性和電導(dǎo)率”的研究在11月13日發(fā)表于Nature Communications。這項工作是由DOE，國家研究基金會，納米融合基金會和韓國能源技術(shù)評估和規(guī)劃研究所資助的。