新型鐵基催化劑降低氫燃料電池成本

據國外媒體報道：研究表明，低成本的鐵基催化劑可能是一種可行的鉑基催化劑的替代品
，由於鉑太過昂貴，幾十年來一直阻礙著氫燃料的商業化。

過去幾十年，科學家們一直在尋找一種催化劑，可以顯著降低製造氫燃料電池的成本。這樣的進步可能會引發一場綠色能源革命。

布法羅大學領導的一項新研究表明，科學家正朝著這個目標邁進。近日發表在《自然能源》雜誌上的一項研究中，科學家描述了鐵如何與氮和碳結合
，產生高效、持久和廉價的催化劑——這是美國能源部(DOE)確定的燃料電池研究的三個主要目標。

該研究的通訊作者吳剛表示：這是他們多年來的研究成果。他們相信這是一項重大突破，最終將有助於釋放氫燃料電池的巨大潛力。

燃料電池的前景

長期以來
，燃料電池一直吸引著科學家、環保人士等，因為與內燃機相比，它們的排放更低或有可能為零。它們可以被廣泛應用為車輛、發電廠、建築物和其他係統提供動力。

但燃料電池還沒有被廣泛商業化
，原因之一是它們需要昂貴的催化劑，而催化劑可以加速燃料電池的催化反應。

最好的催化劑是由六種貴金屬組成的家族——被稱為鉑族金屬。雖然這些金屬高效耐用
，但它們極其稀有
，非常昂貴。因此，科學家們正在尋找成本更低的替代品。

克服障礙

其(qi)中(zhong)一(yi)種(zhong)替(ti)代(dai)方(fang)案(an)就(jiu)是(shi)鐵(tie)基(ji)催(cui)化(hua)劑(ji)。鐵(tie)之(zhi)所(suo)以(yi)吸(xi)引(yin)人(ren)
，是(shi)因(yin)為(wei)它(ta)儲(chu)量(liang)豐(feng)富(fu)
，價(jia)格(ge)低(di)廉(lian)。但(dan)它(ta)的(de)性(xing)能(neng)不(bu)如(ru)鉑(bo)，尤(you)其(qi)是(shi)因(yin)為(wei)它(ta)缺(que)乏(fa)耐(nai)久(jiu)性(xing)

，無(wu)法(fa)承(cheng)受(shou)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)的(de)強(qiang)腐(fu)蝕(shi)和(he)高(gao)氧(yang)化(hua)環(huan)境(jing)。

吳剛表示：為了克服這一障礙，他們通過對局部幾何和化學結構的精確原子控製將4個氮原子與鐵原子結合在一起，隨後將這種材料嵌入到石墨烯中。

改性後的催化劑具有如下特性:

被認為是迄今為止最有效的鐵基催化劑，超過了能源部2025年的電流密度目標。

達到接近鉑族催化劑的耐久性等級。

suoyouzhexiedoubiaomingletiejicuihuajizaizhizaoranliaodianchi，youqishiqingranliaodianchifangmiandeqianli
，shiqizaishangyeyongtushanggengbianyi。yanjiurenyuanzhengjihuajinxinghouxuyanjiu
，yijinyibugaishanzhezhongcuihuaji。

文獻參考：Liu, S., Li, C., Zachman, M.J. et al. Atomically dispersed iron sites with a nitrogen–carbon coating as highly active and durable oxygen reduction catalysts for fuel cells. Nat Energy (2022). https://doi.org/10.1038/s41560-022-01062-1