趙文軒、 蔡麗端、 黃震宇 、侯雯娟 / 工研院材化所
陰極析氫反應(HER)
3. 過渡金屬硫化物觸媒
在過渡金屬硫化物觸媒部分，乃是將硫化物形成奈米尺度觸媒，來增加結構活性位點，使其具有較多不飽和硫原子以及提高觸媒導電性，來增加其反應活性。例如黃劍鋒等人[16]以水熱法將釩掺雜在硫化鎳，提高觸媒導電性，來增加其反應活性，形成V doped Ni3S2/NF之觸媒，其在1 MKOH溶液下之過電位為 0.32V@100mA/cm2。
5. 過渡金屬氮化物觸媒
在過渡金屬氮化物觸媒部分，過渡金屬氮化物具有優異性質。由於N原子的引入可以修飾金屬的d軌域而引起金屬的d軌域收縮，因而過渡金屬氮化物具有類似Pd、類似Pt的電子結構；再加上N原子的原子半徑較小，其可依附於晶格間隙，故金屬氮化物中的金屬原子可以最密堆積或近似最密堆積的形式排列，讓金屬氮化物具有較佳的電子導電特性。再加上高耐腐蝕性，使得金屬氮化物材料相較金屬或金屬合金有寬廣的應用前景及潛力。例如，使用固態燒結法製備NC@ Co3VNx/CF (CF：碳布，NC：奈米尺度)，其在1 MKOH溶液下之過電位為 0.144V@10mA/cm2，而使用水熱法製備的(Cu,Co,Ni)Nx/Ni Foam的觸媒，其在1 MKOH溶液下之過電位(Overpotential)為 0.068V@10mA/cm2，另一使用固態燒結法製備的VN披覆在Carbon上面之觸媒，其在1 MKOH溶液下之過電位為 0.310V@10 mA/cm2。
陽極析氧反應(OER)觸媒
鹼性水電解時陽極的反應式：2OH- → H2O + ½O2 + 2e- (Oxygen Evolution Reaction; OER)，水電解反應實際應用以產氫為主，然而陽極的OER反應相較於陰極HER速率更加緩慢且需要更高的過電位克服能障，故陽極的反應為速率決定瓶頸步驟，反應的過電位與觸媒材料息息相關，因此電催化觸媒的選擇對於降低過電位為其關鍵。雖然貴金屬如Pt 或 IrO2 一直是最具催化效果的電極材料之一，但其價格相當昂貴。為減低成本，必須採用其他材料取代IrO2。
目前低成本的非貴金屬觸媒大致可分類為合金、金屬氫氧化合物、金屬氧化物(如尖晶石(Spinel)氧化物)、金屬磷化物及硒化物以及金屬氮化物。
1. 合金觸媒
在合金觸媒部分，對於水電解反應，Ni是被研究最多的材料，但其析氧過電位依然較高。由於石墨烯具有良好的導電性和較大的比表面積，有學者進一步採用電沉積法製備Ni奈米粒子披覆分散在石墨烯上面。其電流密度為5和30mA/cm2時，所需過電位分别為392和550 mV，如圖五所示，使其能够對OER起到很好的電催化活性，但其析氧過電位依然較高，使用低溫溶液合成法製備之CoNi Nanosheet，其在1 MKOH溶液下之過電位為 0.420V@10mA/cm2，如圖六所示。
圖五、NiNPs-G、NiNPs 和石墨烯在 0.1 MKOH 溶液中的極化曲線
圖六、FeCoW Oxyhydroxide Catalysts在 1 MKOH 之OER性能
3. 金屬氧化物觸媒
在金屬氧化物觸媒部分，以AB2O4 型尖晶石型氧化物NiCo2O4 及 NiFe2O4 之析氧活性高，在鹼性溶液中，具有耐腐蝕以及成本相對低之優勢，是具有潛力的鹼性水電解觸媒材料。使用電化學沉積法製備之NiFeOx 、CoFeOx、NiCoOx 其在1M NaOH溶液下之過電位分別為 0.350 、 0.370 及0.380V@10mA/cm2。Zengcai Liu等人將NiFe2O4之陽極觸媒材料披覆在不銹鋼纖維氈(Fiber Felt)，進行單電極測試單元進行電解水反應，其使用固態隔離傳導膜(Sustainion®37, Dioxide Materials)在燃料電池技術之單電極測試單元(測試面積：5 cm2)，電解水單電極測試單元在1.9V下的電流密度為1 A/cm2，如圖七所示。陰極觸媒(觸媒的負載量為 2 mg/cm2 NiFeCo Nanoparticles (US Nano))沉積在 Sigraset 39BC GDL 碳紙上；而陰極觸媒使用 Nafion 黏合劑和 2 mg/cm2 NiFe2O4 顆粒(Sigma Aldrich) 燒結在 316L 不銹鋼纖維氈(Fiber Felt)(Bekaert) 。使用固態燒結法製備之(Cu,Co)Ox沉積在MOF上面，其在1 MKOH溶液下之過電位為 0.270V@10 mA/cm2。另也有將Zn 摻雜於 Co3O4，使用溶液合成，然後再進行燒結形成OER觸媒，其在1 MKOH溶液下之過電位為 0.353V@10mA/cm2。另在ABO3 鈣鈦礦型氧化物LaNiO3 的研究較多，LaNiO3是一種 ---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。