研究人员首次发现，同样的银（Ag）纳米催化剂在固体氧化物电池发电或制氢时，会在不同的反应位点工作。这一发现为设计这些下一代能源设备以提高性能提供了新思路——因为既然能有两种催化技巧，何必只满足于一种呢？

这项工作由首尔国立大学（SNU）材料科学与工程系的WooChul Jung教授和Jeong Woo Han教授，以及韩国科学技术院（KAIST）的Sang Ouk Kim教授团队和韩国基础科学研究所（KBSI）的Beomgyun Jeong博士团队共同领导。他们的研究结果阐明了银纳米催化剂如何提高固体氧化物电池的性能，并表明氧反应的位点和机制会根据电池的使用方式而改变——有点像一把瑞士军刀，只在喝汤时才决定自己是勺子。

固体氧化物电池通过固体材料移动氧离子来实现两种功能：它们可以发电，也可以分解水制氢。由于这种多功能性，该技术被视为扩大清洁能源和氢能利用的重要选择。潜在应用包括建筑物和工厂中的分布式热电联产系统，这些系统在发电的同时利用运行过程中产生的高温热能，以及基于可再生能源的绿色制氢。这些发现发表在享有盛誉的《能源与环境科学》杂志上，并被选为封底文章，突显了其重要性——因为显然，登上封底在科学界相当于起立鼓掌。

确定催化剂的工作位置

固体氧化物电池的性能和耐久性在很大程度上取决于空气电极上氧反应的速率。但实际电极结构复杂，研究人员难以确定纳米催化剂究竟在哪些位点参与反应以及如何提高性能。早期研究已经表明，金属纳米催化剂可以改善这些电池的性能。但尚不清楚的是，大部分催化活性是直接发生在催化剂表面，还是发生在催化剂与电极接触的边界处。研究人员也不知道，发电和制氢是否由相同的催化机制驱动。

为了探究这些问题，团队创建了一个结构可控、成分精确的模型电极，而不是依赖传统电极复杂得多的结构。金属纳米颗粒以均匀的大小和间距排列成有序图案，使研究人员能够更精确地检查其催化作用。科学家们首先比较了几种金属纳米催化剂，包括银、钴、钯和铂。每种催化剂都沉积在钙钛矿氧化物薄膜电极上，并测试其加速氧反应的能力。在测试的金属中，银产生的催化改进效果最强——铂金，你可得加把劲了。

随后，研究人员改变了银纳米颗粒的大小和排列，以确定最重要的反应发生在哪里。在氧还原反应（发电）过程中，反应速率随着银纳米颗粒与电极之间边界长度的增加而增加。这表明，当电池发电时，银与电极之间的界面是主要反应位点。在析氧反应（制氢）过程中，情况发生了变化。在这种模式下，反应速率随着银纳米颗粒表面积的增加而增加。这一结果表明，在制氢过程中，银颗粒表面成为主要反应位点。