铂金太贵？新催化剂让燃料电池成本大降

正在实验室测试的燃料电池。图片来源：伦敦帝国理工学院

英国伦敦帝国理工学院开发出一种氢燃料电池，它使用的催化剂由铁而非稀有昂贵的铂制成，降低了氢燃料电池的成本。该技术让氢燃料广泛部署成为可能，并最终将减少温室气体排放推进世界走上净零排放的道路。

氢燃料电池将氢气转化为电能，唯一的副产品是水蒸气，这使它们成为一种有吸引力的绿色替代能源，尤其是对于汽车行业。然而，它们的广泛使用在一定程度上受到了主要部件之一的成本的阻碍。为了促进产生电力的反应，燃料电池依赖于由铂制成的催化剂，这种催化剂既昂贵又稀缺。

来自帝国理工学院化学系的首席研究员安东尼·库塞纳克教授说：“目前，单个燃料电池成本的60%左右来自铂催化剂。要使燃料电池成为化石燃料真正可行的替代品，我们需要降低成本。”

现在，由伦敦帝国理工学院研究人员领导的一个欧洲团队已经创造出一种只使用铁、碳和氮，这种廉价且容易获得的材料作催化剂，并表明它可以用来在高功率下运行燃料电池。他们的研究结果25日发表在《自然·催化》杂志上。

在这种新型催化剂中，所有的铁都以单原子的形式分散在导电碳基质中。其中所有原子都聚集在一起，使其更具反应性。这些特性意味着铁促进了燃料电池所需的反应，是铂的良好替代品。在实验室测试中，该团队表明，在真实的燃料电池系统中，单原子铁催化剂的性能接近铂基催化剂。

此外，该团队开发的方法还可以适用于除燃料电池之外的其他应用，例如使用大气中的氧气而非昂贵的化学氧化剂作为反应物的化学反应，以及使用空气去除有害污染物的废水处理。

第一作者、帝国理工学院化学系的阿萨德·马哈茂德博士说：“我们已经开发出一种新的方法来制造一系列‘单原子’催化剂，这为一系列新的化学和电化学过程提供了机会。具体而言，我们使用了一种被称为‘金属转移’的合成方法，避免了在合成过程中形成铁簇。这一过程或许对其他希望制备类似催化剂的科学家有所助益。”