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眾所周知，氫氣是一種清潔能源，以氫的形式儲存化學能量受到了極大的關注。盡管可以通過各種方式例如甲烷的蒸汽重整來生產氫氣，但是在不產生 CO2 的情況下以環保的方式生產氫氣仍然是一項挑戰。其中，電力驅動的電化學水分解技術不僅環保而且能夠得到高純度的氫，因此被定為最可持續方法之一。
盡管科學家在製造對析氫反應（HER）或析氧反應（OER）有活性的材料方面已經取得了很大的進展，但是，用於兩種反應的雙功能活性材料仍然少之又少。真正的雙功能材料必須是對 HER 和 OER 都有活性，而不能僅僅在 OER 期間作為活性金屬氧化物的前體。
這種情況有望得到改變。澳大利亞昆士蘭科技大學的化學研究人員已經發現了更便宜、更有效的氫氣生產材料。他們使用兩種更便宜的替代品——鈷和氧化鎳，只含一小部分金奈米粒子——來製造穩定的雙功能催化劑，以分解水產生氫氣，最終還不會產生排放排放。
團隊在《先進功能材料（Advanced Functional Materials）》期刊發表了一篇論文，首次用一種簡單的方法來制備 Co(OH)2 -Au-Ni(OH)2 復合體系，從而做到整體水分解。
《Advanced Functional Materials》期刊對此研究的封面報導圖
奈米級別的金作為優異的電催化劑，且其粒徑的大小能有效影響 HER 活性，同時金的成本又比較高，因此最小化所使用的金的總量是需要攻克的主要難題。研究人員首次採用了電鍍替代法這樣一種非常有效且簡單的方法，減少了氧化還原活性載體材料表面沉積的金屬量。
這是一種基於電沉積 Ni(OH)2 和 Co(OH)2 的體系，該體系是在電沉積 Ni(OH)2 之前使用電鍍替代物將含量低於 0.25at％的高度分散金奈米粒子沉積在電沉積 Co(OH)2 層上，以促進鹼性條件下的 HER 和 OER，從而在整體水分解中起作用。
圖 | Co(OH)2 -Au-Ni(OH)2復合材料的合成示意圖（來源：Advanced Functional Materials）
通過氦離子顯微鏡圖像、電化學性能測試、透射電子顯微鏡（TEM）、X 射線光電子能譜 (XPS)、整體水分解測試對樣品進行表征和分析。結果表明，當電流密度大於 40mA·cm-2 時，該材料超過析氫反應（HER）的活性，並且對於長時間電解的兩種反應都是穩定的。雙電極配置、1.90V 的施加電壓下，該材料在商業所用的 6m NaOH 電解質中可以很容易地做到大於 175mA·cm-2 的電流密度，進而做到整體水分解。
通過將金含量調節在 0.1 和 0.25at％之間，可以做到析氫或析氧的活性優化。這種復合材料的簡單制備方法也可適用於其中需要最小化金屬奈米材料的其它金屬氫氧化物/金屬奈米材料復合材料。
總而言之，這次研究使用一種催化劑材料代替兩種不同的催化劑從水中生產氫氣，從工業的角度來看是很有意義的。根據團隊的介紹，有了大量可廉價’製造’的氫氣，人們可以在需求高峰時分擔電網壓力，或者為運輸系統供電，當然，其中的一大限制將是水的獲取。