低成本燃料電池催化劑的新進展

據外媒報道，為了降低下一代車載燃料電池的成本，研究人員一直在尋找貴金屬（PGM）催化劑的替代物。洛斯阿莫斯（Los Alamos）和he橡xiang樹shu嶺ling國guo家jia實shi驗yan室shi的de最zui新xin研yan究jiu從cong新xin材cai料liao的de確que定ding到dao了le解jie其qi原yuan子zi層ceng麵mian的de工gong作zuo原yuan理li
，對dui如ru何he提ti高gao燃ran料liao電dian池chi的de性xing能neng進jin行xing了le深shen入ru研yan究jiu。最zui新xin研yan究jiu成cheng果guo已yi發fa表biao於yu科ke學xue雜za誌zhi中zhong。這zhe一yi研yan究jiu將jiang從cong原yuan子zi微wei觀guan結jie構gou和he功gong能neng角jiao度du對dui新xin型xing催cui化hua劑ji催cui化hua活huo性xing原yuan理li進jin行xing深shen入ru解jie讀du。

以Los Alamos國家實驗室為首的研究團隊在前人研究的基礎上成功合成了Pt貴金屬替代催化劑，試驗表明替代催化劑與當前標準車用燃料電池PGM催化劑性能相當。通過橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的先進顯微鏡技術，研究人員成功觀察到了新型催化劑材料中的單原子活性位點，為非PGM材料的催化效率潛力提供了新的認識。

Pt對(dui)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)陽(yang)極(ji)的(de)電(dian)催(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)以(yi)及(ji)陰(yin)極(ji)的(de)電(dian)催(cui)化(hua)還(hai)原(yuan)都(dou)有(you)一(yi)定(ding)的(de)催(cui)化(hua)作(zuo)用(yong)。在(zai)成(cheng)功(gong)找(zhao)到(dao)貴(gui)金(jin)屬(shu)催(cui)化(hua)劑(ji)替(ti)代(dai)材(cai)料(liao)後(hou)，對(dui)新(xin)催(cui)化(hua)材(cai)料(liao)催(cui)化(hua)過(guo)程(cheng)的(de)具(ju)體(ti)位(wei)置(zhi)和(he)反(fan)應(ying)方(fang)式(shi)的(de)研(yan)究(jiu)成(cheng)了(le)新(xin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。

本研究中研究的是Fe-C-N電催化劑，由兩種氮前驅物合成
，形成的層孔結構將大部分碳表麵暴露於氧氣中。其性能十分接近貴金屬Pt催化劑，可以有效地提高燃料電池性能。借助於ORNL的像差校正掃描透射電子顯微鏡和電子能量損失光譜儀
，研究人員首次觀察到了原子水平的ORR活性位點，FeN4。ORNL的研究人員認為，隨著反應活性位點的原子可視化進展，他們正在縮小貴金屬替代催化劑與車用Pt催化劑的性能差距。此外，Los Alamos實驗室通過計算機模擬成功預測了Fe-C-N電催化劑的高活性和FeN4活性位點結構以及可能的反應途徑。

此項研究工作由美國能源部能源效率和可再生能源辦公室資助。顯微鏡等儀器由ORNL納米材料科學中心提供
，計算等資源由Los Alamos實驗室計算機項目部提供。