スケーラブルな金属有機構造体電極を用いた高効率アルカリ水電解の開発(Researchers Develop Scalable Metal-Organic Framework Electrodes for Efficient Alkaline Water Electrolysis)

2025-08-19 中国科学院(CAS)

中国科学院・国家ナノ科学技術研究センター(NCNST)の趙申龍教授らの研究チームは、アルカリ水電解向けに工業スケールで実用可能な金属–有機構造体(MOF)電極を開発しました。超音波処理により公斤級のMOF粉末を合成し、常温で電着できる大面積電極を製作。これにより水素生成のための酸素発生反応(OER)のエネルギー消費は4.11 kWh Nm⁻³ H₂に抑えられ、5,000時間以上の安定運転を実現しました。セリウム(Ce)ドープによるコバルト(Co)活性部位の電子構造の調整と、格子ひずみ・高い比表面積により触媒効率が向上。結果、水素コストはわずか2.71米ドル/kgと低廉化し、MOF電極の大規模・持続可能な応用に道を開く成果です。

<関連情報>

スケーラブルな金属有機フレームワーク(MOF)ベースの電極を用いた効率的なアルカリ性水電解 Scalable metal–organic framework-based electrodes for efficient alkaline water electrolysis

Yingjie Guo,Lei Shi,Xinshuo Shi,Tingting Zhao,Weichen Tian,Songlin Zhang,Di Liu,Yanzhe Li,Faping Zhong & Shenlong Zhao
Nature Chemical Engineering  Published:19 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s44286-025-00262-2

スケーラブルな金属有機構造体電極を用いた高効率アルカリ水電解の開発(Researchers Develop Scalable Metal-Organic Framework Electrodes for Efficient Alkaline Water Electrolysis)

Abstract

Renewable electricity-driven water splitting is essential for decarbonizing high-emission industries and transportation. Metal–organic frameworks (MOFs) have shown great promise as catalytic materials for water splitting, but substantial gaps remain between fundamental research and practical application. Here we report the scalable and rapid synthesis of CoCe MOFs for alkaline water-splitting electrolyzers, achieving low energy consumption (4.11 kWh Nm−3 H2) and long-term stability (5,000 h). Experiments indicate that the advantageous physiochemical properties of CoCe MOFs such as lattice distortion and large specific surface area enhance catalytic activity, facilitate water and gas transport and improve electrolyte accessibility to catalytic interfaces in practical devices. Preliminary techno-economic analysis shows that the cost of hydrogen produced from the CoCe MOF-based electrolyzer is US$2.71 kg−1, which is close to the target cost set by the US Department of Energy, and a life cycle assessment indicates that green hydrogen has up to 84.5% lower life cycle carbon emissions than traditional gray hydrogen production pathways.

0500化学一般
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