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在未来实现碳中和的道路上，氢能必将发挥越来越重要的作用，但无论是电解水制取氢、还是燃料电池，这些过程都需要使用合适的催化剂，它们才能真正发挥作用。目前使用的催化剂都是贵金属，如氧化铱或铂金颗粒，使用后无法进行回收利用，造成了浪费。
现在也有一些其他的催化剂进入了人们的视野，比如氧化锌，但他们的效率比较低。现在维也纳理工大学（TUWien）和位于维纳新州的彗星电化学和表面技术中心CEST的研究人员研究发现，通过研究催化剂晶体表面在原子尺度上的结构，可以显著提高此类催化剂的有效性和稳定性。
晶体可以有不同的表面。MarkusValtiner解释说：一个立方体晶体，我们可以将其直接从中间切开，形成两个立方体。或者可以进行精确地斜切，如45度角。在这两种情况下，我们得到的切割面是不同的。不同的原子在切割面上的距离是不同的，因此，这些表面在化学过程中的表现也会有很大不同。
氧化锌晶体不是立方体形状，而是形成蜂窝状的六边形，不过同样的原理在这里也适用。它的特性取决于表面原子的排列。如果你选择了恰到好处的表面角度，就会在那里形成微观上的小三角孔，直径只有几个原子大小，MarkusValtiner说，氢原子可以附着在那里，发生化学过程，支持水的分裂，但同时也稳定了材料本身。
研究团队现在已经证明了这种稳定性。在催化剂表面，水被分解成氢气和氧气。当这一过程进行时，我们可以采集液体样品，检查它们是否含有催化剂的痕迹，MarkusValtiner解释说。要做到这一点，首先必须在等离子体中对液体进行强烈加热，并将其分解成单个原子。然后我们在质谱仪中分离这些原子，并按元素进行分类。如果催化剂是稳定的，我们应该很难从催化剂材料中找到任何原子。事实上，当氢气产生时，我们无法检测到材料在原子三角结构上的任何分解。这种稳定作用出乎意料地强。现在，该团队正致力于使氧化锌的效率更高，并将这种稳定的物理原理转移到其他材料上。
原子表面结构在TUWien已经研究了很多年。在我们研究所，这些三角形结构在多年前就已经首次被证明和理论解释，现在我们是第一个证明它们对电化学的重要性，MarkusValtiner说。
在未来十年，我们将基于方法学的发展和对表面化学和物理学的基本理解，开发出稳定的和商业上可行的水分解和二氧化碳减排系统，论文第一作者DominikDworschak说。
论文标题为《PhotocorrosionofZnOSingleCrystalsduringElectrochemicalWaterSplitting》。
