An iron oxide 'oxygen sponge' for efficient thermochemical hydrogen production

随着化石燃料污染和气候变化问题日益严峻，氢作为燃烧时仅排放水的清洁能源载体备受关注。在各种制氢路径中，利用热能分解水制取氢气的热化学水分解技术尤其具有前景。该过程的核心是金属氧化物的作用，它们像"氧气海绵"般循环吸收和释放氧气。

然而多数传统氧化物存在关键局限：受热力学特性制约需在极高温度下才能有效工作，阻碍了其商业化应用。为此，研究团队开发出新型贫铁镍铁氧体（Fe-poor NiFe2O4/NFO）。传统氧化物通常依赖非化学计量反应实现有限的氧吸收释放，而贫铁铁氧体展现出独特的相变机制，能在更低温度下实现显著提升的氧容量。实验表明，该新型氧化物达到每克0.528%的水-氢转化效率——较先前最佳材料0.250%的基准值提升逾一倍。

本研究不仅开发出高效催化剂，更成功揭示了深层机制。通过实验与计算模拟相结合，研究人员首次在原子层面识别出氧化铁材料中驱动产氢的"结构活性位点"，并揭示两类铁位点间的氧化还原波动与氢气产量直接相关——这一发现将为未来设计更高效催化剂提供指导。

"本研究意义在于提出了利用富储量氧化铁的经济可持续制氢路径，"金亨奎教授表示，"同时为利用太阳能或工业废热制氢开辟了新途径。"韩正宇教授补充道："这项工作完美展示了实验科学与计算科学如何通过学科交叉合作揭示基本原理。"

本研究获圆形科技创新基金会、韩国国家研究基金会及韩国材料科学研究院支持。