تولید گاز هیدروژن سبز به‌عنوان یکی از امیدبخش‌ترین راهکارهای جهان برای عبور از عصر سوخت‌های فسیلی، همچنان با یک چالش اساسی روبه‌روست؛ واکنش تولید اکسیژن از آب، فرآیندی کند و پرمصرف است که هزینه نهایی تولید این سوخت پاک را افزایش می‌دهد. محققان به دنبال راهی برای رفع این مشکل هستند و حالا پژوهش مشترک دانشمندان ایرانی و چینی، امیدهای تازه‌ای ایجاد کرده است. این پژوهش با همکاری محققان مؤسسه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان (IASBS) مؤسسه شیمی فیزیک دالیان وابسته به آکادمی علوم چین و دانشگاه هنان انجام شده و با ارائه تصویری دقیق‌تر از عملکرد کاتالیزورهای نیکل-آهن، می‌تواند مسیر طراحی نسل جدیدی از کاتالیزورهای کم‌هزینه و پربازده را هموار کند.
در فرآیند الکترولیزآب، واکنش تولید اکسیژن کندترین مرحله به شمار می‌رود و همین موضوع بازده کل سامانه را کاهش می‌دهد. به همین دلیل، سال‌هاست که پژوهشگران در سراسر جهان به دنبال ساخت کاتالیزورهایی هستند که بتوانند این واکنش را با سرعت و مصرف انرژی کمتر انجام دهند. کاتالیزورهای نیکل-آهن به دلیل قیمت مناسب، فراوانی مواد اولیه و عملکرد مطلوب، از گزینه‌های اصلی این تحقیقات محسوب می‌شوند.
برای روشن شدن نقش واقعی آهن، پژوهشگران رفتار این کاتالیزورها را هنگام انجام واکنش و در شرایط واقعی بررسی کردند. آنها با استفاده از مجموعه‌ای از روش‌های پیشرفته از جمله طیف‌سنجی تقویت‌شده سطحی، طیف‌سنجی مریی و تغییرات ساختار و حالت اکسایش عناصر را به‌صورت برخط ردیابی کردند.
نتایج نشان داد گونه‌های آهن با ظرفیت اکسایش بالا، حتی تا ۹۶ ساعت پس از پایان واکنش نیز در ساختار کاتالیزور باقی می‌مانند؛ موضوعی که نشان می‌دهد این گونه‌ها صرفاً محصولات موقتی واکنش نیستند، بلکه بخشی از ساختار پایدار ماده را تشکیل می‌دهند.
برپایه این یافته‌ها، پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که یون‌های آهن موجود در بخش داخلی کاتالیزور بیشتر نقش ذخیره و انتقال بار الکتریکی را ایفا می‌کنند و تنها بخش کوچکی از یون‌های آهن چهارظرفیتی که روی سطح کاتالیزور قرار دارند، مراکز فعال واقعی واکنش تولید اکسیژن هستند.
این نتیجه، نگاه رایج به عملکرد کاتالیزورهای نیکل-آهن را تغییر می‌دهد و نشان می‌دهد طراحی کاتالیزورهای آینده نباید تنها بر افزایش مقدار آهن متمرکز باشد، بلکه نحوه توزیع، محل استقرار و کنترل دقیق گونه‌های آهن در ساختار نانویی نیز اهمیتی ویژه دارد.