日本理化学研究所环境资源科学研究中心的生物功能催化剂研究小组成功获得了支持新催化剂活性理论的实验数据。其研究成果有望为高效开发高活性催化剂材料、并对近年来快速发展的催化剂信息学研究的准确性的提高作出贡献。
传统的催化理论以反应缓慢进行，接近平衡状态为前提。但是，在化学工业等现实社会中，时常需要在反应活跃的非平衡状态下使用催化剂，因此存在无法准确预测催化剂活性的问题。为了解决这个问题，研究小组对传统理论进行了扩展，在2019年发表了关于非平衡状态下催化剂活性的新理论。
此次，研究小组研究了以铂（Pt）为催化剂的水电解制氢过程，目的是对这一新理论进行实验验证。对非平衡状态下的产氢活性进行实际测量，通过数学和机器学习分析实验数据，结果表明催化剂和氢原子的吸附能为0.094±0.002eV。这一结果支持了新理论中“存在吸附能偏离零的高活性材料”的预测，是新理论实证实验的第一步。
本研究的理论验证概要
背景
催化剂对于人们的日常生活不可或缺，譬如化学肥料的合成和废气的净化都是通过催化剂来促进的。另外，催化剂也有望在燃料电池和制氢等下一代能源技术中发挥核心作用。
开发高活性催化剂，需要材料的设计指南。当前的固体催化剂开发以萨巴蒂埃原理为方针。该原理主张“催化剂和底物不能结合太紧或太弱”。该原理源于这样一个事实：如果催化剂与底物的结合太弱，则催化剂不能充分发挥作用；反之，如果结合太强，则底物不会与催化剂分离。因此，一直认为具有“恰到好处的结合强度”的材料才是极好的催化剂。现在，这种结合强度通过一个被称为“吸附能”的严格尺度来测量，随着2000年左右普及的量子化学计算，“吸附能的最佳值是零”的说法被广泛认可。
但是，该理论需要“接近平衡状态”这一前提条件。所谓平衡状态，是指表面看起来化学反应没有发生的状态，在其附近反应只会缓慢进行。与之相对，化学工业为了促进目的反应而使用催化剂，因此催化剂环境不是平衡状态。换