質子交換膜水電解技術是綠色制氫的關鍵技術，契合可再生能源波動性。然而，質子交換膜水電解技術因陽極銥（Ir）基催化劑用量高，導致成本高，阻礙了其規模應用。降低Ir用量的研究主要聚焦于兩個方面：一是通過開發新型電催化劑來提升其本征活性；二是在構建納米結構膜電極（MEA），提升催化劑利用率與電性能。
近期，中國科學院上海高等研究院研究團隊，提出“錐狀陣列+超薄Pt層+Pt納米花”的多層級結構設計理念。研究通過精準構建納米壓印光刻、離子濺射、原位生長三步工藝，可同時解決傳統MEA導電性和傳質受限兩大痛點。同時，超薄Pt層兼具使面內導電性提升12.3倍，并作為成核位點誘導Pt納米花生長的雙重功能，可實現結構與性能協同優化，進而實現0.096mg cm??低Ir負載下的高性能，較傳統MEA節省95%以上Ir，且在2.0A cm??下槽壓（1.758V）優于高Ir負載的傳統MEA（1.797V@ 2mg cm-2），為質子交換膜水電解的低Ir化應用提供了新思路。
相關研究成果發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院等的支持。
多級結構膜電極制備與性能示意圖
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