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鉑金太貴？新催化劑讓燃料電池成本大降

2022-04-27 來源：科技日報(bào) 瀏覽數(shù)：644

科技日報(bào)北京4月25日電（實(shí)習(xí)記者張佳欣）英國倫敦帝國理工學(xué)院開發(fā)出一種氫燃料電池，它使用的催化劑由鐵而非稀有昂貴的鉑制成，降低了氫燃料電池的成本。該技術(shù)讓氫燃料廣泛部署成為可能，并最終將減少溫室氣體排放推進(jìn)世界走上凈零排放的道路。

▲正在實(shí)驗(yàn)室測試的燃料電池

圖片來源：倫敦帝國理工學(xué)院

科技日報(bào)北京4月25日電（實(shí)習(xí)記者張佳欣）英國倫敦帝國理工學(xué)院開發(fā)出一種氫燃料電池，它使用的催化劑由鐵而非稀有昂貴的鉑制成，降低了氫燃料電池的成本。該技術(shù)讓氫燃料廣泛部署成為可能，并最終將減少溫室氣體排放推進(jìn)世界走上凈零排放的道路。

氫燃料電池將氫氣轉(zhuǎn)化為電能，唯一的副產(chǎn)品是水蒸氣，這使它們成為一種有吸引力的綠色替代能源，尤其是對于汽車行業(yè)。然而，它們的廣泛使用在一定程度上受到了主要部件之一的成本的阻礙。為了促進(jìn)產(chǎn)生電力的反應(yīng)，燃料電池依賴于由鉑制成的催化劑，這種催化劑既昂貴又稀缺。

來自帝國理工學(xué)院化學(xué)系的首席研究員安東尼·庫塞納克教授說：“目前，單個(gè)燃料電池成本的60%左右來自鉑催化劑。要使燃料電池成為化石燃料真正可行的替代品，我們需要降低成本。”

現(xiàn)在，由倫敦帝國理工學(xué)院研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)歐洲團(tuán)隊(duì)已經(jīng)創(chuàng)造出一種只使用鐵、碳和氮，這種廉價(jià)且容易獲得的材料作催化劑，并表明它可以用來在高功率下運(yùn)行燃料電池。他們的研究結(jié)果25日發(fā)表在《自然·催化》雜志上。

在這種新型催化劑中，所有的鐵都以單原子的形式分散在導(dǎo)電碳基質(zhì)中。其中所有原子都聚集在一起，使其更具反應(yīng)性。這些特性意味著鐵促進(jìn)了燃料電池所需的反應(yīng)，是鉑的良好替代品。在實(shí)驗(yàn)室測試中，該團(tuán)隊(duì)表明，在真實(shí)的燃料電池系統(tǒng)中，單原子鐵催化劑的性能接近鉑基催化劑。

此外，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的方法還可以適用于除燃料電池之外的其他應(yīng)用，例如使用大氣中的氧氣而非昂貴的化學(xué)氧化劑作為反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)，以及使用空氣去除有害污染物的廢水處理。

第一作者、帝國理工學(xué)院化學(xué)系的阿薩德·馬哈茂德博士說：“我們已經(jīng)開發(fā)出一種新的方法來制造一系列‘單原子’催化劑，這為一系列新的化學(xué)和電化學(xué)過程提供了機(jī)會。具體而言，我們使用了一種被稱為‘金屬轉(zhuǎn)移’的合成方法，避免了在合成過程中形成鐵簇。這一過程或許對其他希望制備類似催化劑的科學(xué)家有所助益。”

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