生产清洁氢能通常涉及氧气析出反应（OER），但该反应速度缓慢、效率低下，这是个不幸的缺点。催化剂可以加快这一过程，但找到理想的催化剂并非易事。

据外媒报道，日本东北大学（Tohoku University）的研究人员发现，将钆（Gd）掺入铁（Fe）掺杂的氧化镍（NiO）中可显著提高OER活性。此外，这种催化剂天然储量丰富、相对便宜、无毒且稳定。相关研究论文发表在期刊《Advanced Functional Materials》。

图片来源：期刊《Advanced Functional Materials》

密度泛函理论（DFT）计算用于深入分析反应机制。研究人员发现，Gd掺杂可通过打开促进晶格氧氧化机制的氧空位来提高性能。Gd掺杂降低了Fe和Ni位点的理论过电位，从而提高了性能。过电位比Fe掺杂的NiO（不含Gd）低40mV。它还表现出有利的运动学（塔菲尔斜率：43.1 mV dec-1）。

此外，Gd和Fe共掺杂的NiO表现出超过150小时的出色长期稳定性，在阴离子交换膜水电解系统中表现出强劲的性能，可连续运行超过120小时。

东北大学材料高级研究所（WPI-AIMR）副教授Hao Li表示：“这项研究通过改进水电解技术，在推进绿色能源解决方案方面发挥着至关重要的作用，水电解技术是从风能和太阳能等可再生能源中生产绿色氢气的关键技术。”

绿色氢能对于清洁能源系统至关重要，可应用于燃料电池汽车、工业过程和其他能源密集型行业。通过提高电解效率，这项研究支持大规模氢气生产，从而减少我们对化石燃料的依赖并降低温室气体排放。

“我们计划扩大合成工艺，以确保工业应用的持续生产，并在现实条件下进行长期稳定性测试，”Li表示。