科学家开发出低成本高效催化剂，燃料电池性能超预期

在当今世界，随着能源危机和环境保护的问题日益凸显，可持续能源技术的发展变得尤为重要。在这其中，燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换设备，受到了全球科学家和工程师的广泛关注。然而，燃料电池的商业化进程一直受到高成本的阻碍，尤其是因为它们依赖于昂贵的铂金属作为催化剂。为了让燃料电池变得更便宜，研究人员花费了数十年的时间寻找低成本催化剂来替代铂和其他昂贵的金属。从而降低燃料电池的成本。

研究人员尝试使用三种丰富且相对便宜的材料：铁、氮和碳的不同组合。然而，迄今为止结果参差不齐。研究人员要么能制造出耐用但效率低的铁氮碳催化剂，要么能制造出高效但不耐用的催化剂。

一项由美国纽约州立大学布法罗分校领导的研究提供了一种解决方案。研究人员在《Nature Catalysis》杂志上报告了他们如何在制造过程中添加氢气，从而创建出一种强大而有效的催化剂，其性能接近铂。这一突破性进展意味着燃料电池技术迈向重要一步，可以为汽车、卡车、火车、飞机和其他重型车辆提供电力。

研究人员在之前的研究基础上进行了改进，之前的研究描述了铁氮碳催化剂的耐久性，但在燃料电池中的重要化学反应加速方面存在困难。新的研究解决了这个问题，通过一种称为热解的制造过程，在高温环境中将四个氮原子与铁结合。然后将这种材料嵌入几层石墨烯中，石墨烯是一种坚韧、轻质和柔韧的碳形式。与通常使用惰性气体（如氩气）的热解过程不同，研究人员这次在反应室中加入了氢气，以创建90%氩气和10%氢气的混合物。这样，研究人员能够更精确地控制催化剂的组成，将两种不同的铁氮碳化合物（一个含有10个碳原子，另一个含有12个碳原子）放置在支持耐久性和效率的位置上。

结果显示，所得到的催化剂的燃料电池性能超过了美国能源部2025年的目标，并且比大多数铁氮碳催化剂更耐用，接近用于燃料电池的典型低铂阴极。

该研究得到了美国能源部的支持。