- 論文名稱：《Accelerating the Pace of Oxygen Evolution Reaction Catalyst Discovery through Megalibraries》
- 期刊：Journal of the American Chemical Society (JACS)
- 發表日期：2025年8月19日
- 資助單位：豐田研究院（TRI）、Mattiq、美國陸軍研究辦公室（W911NF-23-1-0285）、BioMADE、美國空軍（FA8650-21-2-5028）。
在短短一個下午，科學家利用一個「奈米顆粒巨型資料庫」（megalibrary），就找到了一種可與銥（iridium）表現匹敵、甚至更優的催化劑，而且成本僅為其一小部分。幾十年來，全球研究人員一直在尋找銥的替代品。銥是一種極為稀有、價格昂貴的金屬，被廣泛用於潔淨氫燃料的生產。如今，由西北大學發明與開發的強大新工具──「巨型資料庫」，首次在一個微小晶片上建構了全球第一個奈米材料「資料工廠」。每個巨型資料庫內含有數百萬個獨特設計的奈米顆粒。與豐田研究院（TRI）的合作中，團隊利用這項技術快速找到可商業化的氫能催化劑，並進一步放大材料，證明它能實際應用於裝置中──而這一切僅在創紀錄的短時間內完成。研究人員使用巨型資料庫，快速篩選了四種豐富且廉價、已知具催化性能的金屬組合，最終發現了一種全新材料。在實驗室測試中，它的表現與市售的銥基材料相當，甚至在某些情況下更優，但成本僅為銥的極小部分。這一發現不僅讓「可負擔的綠氫」成為可能，也證明了巨型資料庫方法的效力，未來可能徹底改變科學家尋找新材料的方式，應用領域幾乎無窮無盡。該研究於 8月19日發表在《美國化學會期刊（JACS）》上。
「全世界的銥都不夠用」
隨著全球逐步脫離化石燃料、邁向脫碳，綠氫已成為能源轉型的重要拼圖之一。生產潔淨氫能的主要方法是「水分解」，利用電力將水分解為氫與氧。其中的「氧氣析出反應（OER）」極為困難且效率低。銥基催化劑是目前最佳選擇，但銥的缺點顯著：稀少、昂貴，且主要是白金礦開採的副產品。銥比黃金還昂貴，每盎司接近 5,000 美元。「光是供應量，就不可能滿足未來全球的氫能需求。」西北大學的共同主持人 Edward Sargent 教授表示。
「一整支科研大軍部署在一片晶片上」
Mirkin 教授（巨型資料庫的發明人）在2016年首次提出這項技術。傳統的材料發現過程往往緩慢且需不斷試誤，但巨型資料庫能以極快速度鎖定最佳組合。每個巨型資料庫由數十萬個奈米金字塔形的「列印尖端」組成，將金屬鹽溶液印製為微小的「點」。加熱後，金屬鹽被還原，形成成分與尺寸精確可控的奈米顆粒。「你可以把每個尖端想像成一個小小的研究員。」Mirkin 解釋，「不同的是，這裡不是一個研究員一次製造一種材料，而是數百萬個研究員同時工作。所以等於在一片晶片上部署了一整支科研大軍。」
在這項研究中，晶片上包含 1.56 億顆奈米顆粒，由釕（Ru）、鈷（Co）、錳（Mn）、鉻（Cr）等金屬組合而成。隨後，機械化掃描儀測試顆粒的 OER 表現，選出最佳者進一步實驗。最終，脫穎而出的組合是：Ru52Co33Mn9Cr6 氧化物。多金屬催化劑往往能產生「協同效應」，比單一金屬更高效。
「我們的新催化劑比銥還要活躍，且具備優異穩定性。」Mirkin 說，「這非常難得，因為釕本身通常不穩定，但在其他元素的協助下，它得到了穩定。」長期測試顯示，該催化劑在嚴苛酸性環境下仍能高效且穩定運作超過 1,000 小時。而成本更是大幅下降，僅為銥的 1/16。
巨型資料庫能生成龐大且高品質的材料數據集，為 人工智慧（AI）與機器學習設計新材料鋪路。西北大學、TRI 和校園衍生公司 Mattiq 已經研發了能高速分析巨型資料庫的演算法。Mirkin 表示，未來這種方法將推廣至更廣的領域，包括電池、核融合材料、生物醫療裝置與光學元件。
※ 詳細內容：《 A tiny chip may have solved one of clean energy’s biggest problems 》Northwestern University。August 28, 2025
- 如果你對內容有共鳴、想分享想法，
- 歡迎在下方留言互動 💬 你的支持就是我持續寫作的動力！
- 📮 也歡迎來信交流：childbenefits@gmail.com
- 無論是合作提案、內容建議或單純聊天都很歡迎！
