在2024年1月17日，一场跨洋的合作在科技界引起了巨大轰动，日本理化学研究所孔爽研究员、李爱龙研究员以及Ryuhei Nakamura教授团队，与中国科学院大连化学物理研究所龙军博士和肖建平研究员团队携手，共同在备受瞩目的科学期刊Nature Catalysis上发表了题为“Acid Stable Manganese Oxides for Proton Exchange Membrane Water Electrolysis”的突破性研究成果。
这一创新研究揭示了非贵金属氧化锰催化剂在质子交换膜（PEM）电解水制氢领域的潜力。他们通过精细调控氧化锰的原子结构，实现了前所未有的催化剂稳定性提升，使得长时间、高电流密度的PEM电解水制氢成为可能，为挑战昂贵的铱催化剂提供了关键的突破点。
氧化锰，凭借其丰富的资源和相对低廉的价格，与贵金属铱形成了鲜明对比。作为常见材料，氧化锰的原材料来源广泛，这使得其在成本上具有显著优势。然而，要实现大规模应用，关键在于提升其在酸性条件下的稳定性。经过深入研究，他们发现通过精确调控氧化锰的结构，尤其是增加其平面氧的比例，催化剂的稳定性得到了显著提高，甚至在2伏电压下能达到2安培的电流密度，与铱催化剂的性能不相上下。
实验数据显示，平面氧比例从60%提升到94%，不仅增强了催化剂的稳定性，而且延长了在酸性电解液中的工作寿命。图表1显示了通过同步辐射光源表征技术，确认了这种结构调控的效果。图表2则揭示了随着平面氧比例增加，催化剂溶解所需的电位也随之提高，进一步证实了稳定性提升的机制。
在理论分析中，研究团队发现氧化锰通过平面氧路径溶解比三角锥氧路径更为困难，这与实验观察到的稳定性增强趋势相吻合。图表3清晰展示了氧化锰在酸性电解液中的长期稳定性测试，以及与现有催化剂的对比，展现了其显著的优势。
最后，图表4展示了MnO2在PEM电解槽中的实际性能，包括活性测试、极化曲线以及稳定性评估。实验结果表明，含有94%平面氧的材料表现出极高的稳定性，能够在高电流密度下长时间稳定工作，为可持续发展的氢能源生产带来了重大突破。