Yu-Mei Huang, Chun-Wei Chang, Jui-Tai Lin, Zong-Ying He, Yi Chen, Hsien-Shun Chang,
Shang-Cheng Lin, Han-Yuan Liu, Yun-Shan Tsai, Shin-Chiao Lee, Kun-Han Lin,
Chih-Wen Pao, Chung-Kai Chang, Yu-Chun Chuang, Ting-Shan Chan, Tung-Han Yang
Adv. Funct. Mater. 2025, e14858

國立清華大學 化學工程學系 楊東翰副教授

在能源轉換領域，氫的生成 (HER) 與氧化反應 (HOR) 為關鍵電化學過程，鉑族金屬 (PGM) 因其優異的催化活性與穩定性，長期被視為氫相關反應的標準催化劑。為了降低貴金屬用量並提升催化效率，本研究採用「Sabatier Principle」(即吸附-脫附能力需達最佳中間值) 為設計原則，開發出一系列低 PGM 含量的三元合金催化劑。選擇鉑族金屬（Pt、Pd、Ir、Rh 及 Ru）與具強吸氫能力的 Mo 及弱吸氫能力的 Cu 進行組合，透過特別的自催化還原機制合成出高原子利用率的三元合金觸媒。此策略經理論計算與實驗證明有效調控氫的吸附與脫附行為，使其落於 Sabatier 原則所建議的最佳吸附能範圍內，進而提升反應速率並降低能量損耗。實驗結果顯示，這類三元合金催化劑 (特別是IrMoCu) 在鹼性電解或燃料電池條件下對於 HER 與 HOR 皆展現出優異性能，不僅催化活性高、質量活化率大幅提升，且在耐久性測試中保持穩定。該設計策略同時回應了貴金屬用量降低與高效催化的雙重挑戰。此外，本研究也從組成-性能關係出發，探討三元合金中不同金屬成分對催化活性與穩定性的影響，提供了合金催化劑從成分選擇、配位環境到催化性能實現的系統化設計。本研究於多元合金觸媒的設計與元素協同調控上提出創新策略，為氫能源電化學轉換系統的高效催化劑開發提供新方向。