將水分子分解以產生氧氣的電化學反應是多種方法的核心，這些方法旨在生產用於運輸的替代燃料。但是這個反應必須由一種催化劑材料來促進，而今天的版本需要使用稀有和昂貴的元素，如銥，限制了這種燃料生產的潛力。現在，麻省理工學院和其他機構的研究人員已經開發出一種全新的催化劑材料，稱為金屬氫氧化物-有機框架（MHOF），它由廉價和豐富的成分製成。
該材料系列允許工程師根據特定化學過程的需要精確調整催化劑的結構和組成，然後它可以匹配或超過傳統的、更昂貴的催化劑的性能。
研究人員在《自然材料》雜誌上描述了這些發現。
析氧反應是燃料、化學品和材料的電化學生產中常見的反應之一。這些過程包括生成氫氣，作為氧進化的副產品，它可以直接作為燃料使用，或經過化學反應生產其他運輸燃料；製造氨，用作肥料或化學原料；以及減少二氧化碳，以控制排放。
但如果沒有幫助，“這些反應是遲緩的，”Shao-Horn說。“對於動力學緩慢的反應，你必須犧牲電壓或能量來促進反應速度。由於需要額外的能量輸入，整體效率很低。所以這就是人們使用催化劑的原因，”她說，因為這些材料通過降低能量輸入自然地促進反應。
但直到現在，這些催化劑“都是依靠昂貴的材料或非常稀缺的晚期過渡金屬，例如氧化銥，社會上一直在努力尋找基於地球上豐富的材料的替代品，在活性和穩定性方面具有同樣的性能，”Román-Leshkov說。該團隊說，他們已經找到了恰好提供這種特性組合的材料。
Román-Leshkov說，其他團隊已經探索了金屬氫氧化物的使用，如鎳鐵氫氧化物。但是這種材料很難根據具體應用的要求進行調整。不過現在，“我們的工作相當令人激動和相當有意義的原因是，我們已經找到了一種通過以獨特的方式對這些金屬氫氧化物進行納米結構化來定製其特性的方法”。
該團隊借鑒了對一類相關化合物的研究，這類化合物被稱為金屬有機框架（MOFs），是一種由金屬氧化物節點與有機連接分子連接而成的晶體結構。研究小組發現，通過用某些金屬氫氧化物取代這類材料中的金屬氧化物，就有可能創造出精確可調的材料，這些材料還具有必要的穩定性，有可能成為有用的催化劑。
Román-Leshkov說：“你把這些有機連接物的鏈子放在一起，它們實際上引導了金屬氫氧化物片的形成，這些金屬氫氧化物片與這些有機連接物相互連接，然後被堆積起來，並具有更高的穩定性。”他說，這有多種好處，可以精確控制納米結構圖案，允許精確控制金屬的電子特性，還可以提供更大的穩定性，使它們能夠經得起長時間的使用。
在測試這種材料時，研究人員發現催化劑的性能是“令人驚訝的”。Shao-Horn說：“它可以與最先進的催化氧進化反應的氧化物材料相媲美。”
研究人員表示，由於主要由鎳和鐵組成，這些材料的成本應該僅是現有催化劑成本的1/100，儘管該團隊還沒有做全面的經濟分析。