燃料電池作為一種環保能源受到關注，它通過水電解的逆反應同時獲得電能和熱量。因此，提高反應效率的催化劑與燃料電池的性能直接相關。為此，POSTECH-UNIST聯合研究團隊通過首次發現原子級的電解溶液相變現象，向開發高性能催化劑邁進了一步。

鄭雨漢教授和博士的聯合研究小組，POSTECH化學工程系的候選人KyeounghakKim和UNIST的GuntaeKim教授發現了PBMO（燃料電池中的催化劑），從鈣鈦礦結構轉變為層狀結構的機制，納米顆粒在溶液中易溶解，確認其作為電極和化學催化劑的潛力。這些研究結果最近作為能源領域的國際期刊《能源與環境科學》的封面封底發表。

催化劑是增強化學反應的物質。PBMO（Pr0.5Ba0.5MnO3-δ），一種燃料電池催化劑，是一種即使直接用作烴而不是氫也能穩定運行的材料。特別是，在失去氧的還原環境下，由于變為層狀結構，因此顯示出高的離子傳導性。同時，發生析出現象，其中金屬氧化物內部的元素偏析到表面。

在還原環境下，無需任何特殊過程即可自動發生此現象。當材料內部的元素上升到表面時，燃料電池的穩定性和性能會大大提高。但是，由于形成這些高性能催化劑的過程是未知的，因此難以設計材料。

圖1.取決于還原環境的材料相變，溶液前顆粒形成以及催化活性變化過程的示意圖。

著眼于這些特征，研究團隊確認該過程經歷了相變，顆粒脫附和催化劑形成的過程。使用基于量子力學的第一性原理計算和原位XRD，實驗證明了這一點，該實驗可以觀察材料中實時晶體結構的變化。研究人員還證實，用這種方法開發的氧化催化劑顯示出比傳統催化劑高出四倍的性能，這證明該研究適用于各種化學催化劑。

XRD（X射線衍射）：一種分析方法，當X射線照射到材料上時，該分析方法基于在特定角度發生的衍射來識別材料的晶體結構。

能夠準確理解以前實驗中難以確定的原子單位材料，并成功地進行了演示，從而通過準確理解原子單位中難以確定的材料克服了現有研究的局限性，并且成功地展示了它們。由于這些載體材料和納米催化劑可用于減少廢氣、傳感器、燃料電池、化學催化劑等，因此，未來有望在許多領域進行積極的研究。

這項研究是在三星研究資助與孵化中心以及韓國能源技術評估與規劃研究所的支持下進行的。