最小負荷での白金クラスターを用いた持続可能でコスト効率の良い水素製造

プロトン交換膜水分解は持続可能な水素製造の有望な技術であるが、その実現可能性は触媒の効率を犠牲にすることなく白金（Pt）使用を最小限に抑えることに依存している。この課題の中心となるのは、触媒の安定性を確保しながらPtの固有の活性を向上させることである。本研究では、最小限のPt含量（36 μg cm-2）で機能しつつ、高い活性と安定性を維持するMo2TiC2 MXene支持のPtナノクラスター触媒（Mo2TiC2-PtNC）を提示する。オペランド分光法と理論シミュレーションは、MXene基板からPtNCへの異常な電荷移動の証拠を提供し、頑健な水素発生のための高効率な電子過剰Ptサイトを生成する。当触媒をプロトン交換膜電解槽に組み込むことで、常温で200 mA cm-2の条件下で8700時間以上の性能を発揮し、減衰率はわずか2.2 μV h-1である。現在のMo2TiC2-PtNC触媒のすべての性能指標は、同一の操作条件下での現行の水素発生電極触媒と同等またはそれを上回るため、現在の電解槽設計における高負荷Pt/C-20%の独占を挑戦するものである。