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由香港大學（港大）周慈勇教授領導的跨學科國際研究團隊成功開發了一種新型催化劑，解決了大規模生產綠色氫能的關鍵技術難題。這項突破性技術能夠在工業電解槽的強酸性環境中，高效且穩定地產生氧氣，為綠色氫能的商業化應用解除重要障礙。

綠色氫能被視為實現碳中和的重要清潔能源，可通過電解水制氫技術，將可再生電能轉化為零碳燃料，廣泛應用在鋼鐵、化工、長途運輸和季節性能源儲存等領域。目前，質子交換膜（PEM）電解槽因其結構緊湊、反應迅速而備受青睞，但其強酸性工作環境對析氧反應（OER）催化劑要求極高。現在技術主要使用昂貴且稀有的銥基材料，而其他替代材料則容易在酸性情況下快速耗損，導致製氫成本居高不下。因此，開發兼具高活性、持久且成本合理的催化劑，催化劑活性與穩定性之間的差距對於擴大綠色氫能製備規模和降低成本至關重要。

對此，周教授團隊提出的解決方案是一種釕單原子催化劑，分散在溴氧化錳（Mn7.5O10Br3）奈米顆粒上，稱為Ru-MOB。在反應過程中，該催化劑會「自我調整」其表面結構，形成一層超薄的二氧化錳 (γ‑MnO2) 保護層，如同「可自我修復的智能皮膚」，既能保護催化劑免受酸性環境侵蝕，又能維持高效催化活性。

利用先進的原位/工況測試以及理論計算，研究團隊指出這種自我重組的動態保護層能引導催化反應走向更高效安全的途徑。該結構更有利於通過水分子直接產生氧氣，同時避免破壞性的副反應，從而大幅提升催化劑的穩定性。

在實驗測試中，Ru-MOB催化劑僅需208.3毫伏的過電位即可高效產氫，遠低於現有技術標準。在常規工作條件下，它能持續運行超過1,400小時而不出現明顯性能衰退；即使在高電流負荷下，仍可穩定運作200小時以上。這一突破不僅兼顧了高效與持久性的表現，更因大幅減少貴金屬釕的用量，顯著降低了生產成本，為綠色氫能的大規模應用奠定基礎。

周慈勇教授表示：「這項研究除了直接提升催化劑的性能外，還展示了創新且強大的設計藍圖：利用原位重構和單原子調控機制，在嚴苛的運行條件下保護催化劑。這一項技術原理可進一步應用於工業、航運燃料、航空能源、電網平衡以及長期大規模儲能等領域，加快全球綠色能源轉型的進程。」

這項研究由港大機械工程系博士生林賜主導，成果已於今年4月30日發表於國際權威期刊《ACS能源快報》（ACS Energy Letters）。

文章詳情：
C. Lin, T.-Y. Chen, T. Zhou, Y. Wu, C. K. T. Wun, W. Chen, H. Chen, V. Tung, Z. Guo, T. W. B. Lo, L. Cai, Y. Deng, P. C. Y. Chow, Regulating the Oxygen Evolution Mechanism through In Situ Reconstruction of Ru-Modified Manganese Oxybromide. ACS Energy Lett. 10, 2641–2649 (2025).

連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c00957

周慈勇教授簡介
周慈勇教授於英國倫敦帝國學院取得理學士學位，在劍橋大學取得物理學碩士和博士學位，目前是香港大學機械工程系助理教授。他在港大的跨學科研究小組致力於研究和開發光電器件，多方面應用於柔性太陽能電池、可穿戴電子産品和綠色建築等。周教授獲得多個獎項和嘉許，包括2010年英國EPSRC博士培訓獎、2016年日本學術振興會海外博士後研究員獎、2022年香港研究資助局傑出青年學者計劃；以及2022年國家自然科學基金優秀青年科學基金等。他被列入 Clarivate 全球前1%科學家。

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