幾十年來，生態友好燃料的商業化一直因鉑金的高成本而停滯不前，但一項研究表明，低成本的催化劑可能是一種可行的替代品。多年來，研究人員一直在尋找一種能大大降低生產氫氣燃料電池價格的催化劑。這樣的突破可以帶來一場綠色能源革命，筆記本電腦和火車都可以使用只產生水作為副產品的燃料。

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根據水牛城大學(UB)最近的研究結果，研究人員可能越來越接近於實現這一目標。

目前，美國能源部(DOE)已經將效率、耐久性和可負擔性確定為燃料電池研究的三個主要目標。在最近發表在《Nature Energy》上的一項研究中，科學家們解釋了鐵是如何跟氮和碳結合在一以產生一種滿足所有三個標準的催化劑。

該研究的論文第一作者、UB工程和應用科學學院化學和生物工程教授Gang Wu說道：“這已經醞釀了多年。我們相信這是一個重大的突破，進而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

根據美DOE的說法，燃料電池的操作跟電池類似但不會失去動力或需要充電。只要提供燃料如氫氣，它們就會產生熱量和動力。

由於它們跟內燃機相比產生較少或沒有排放，所以它們長期以來一直吸引著科學家、環保主義者和其他人。此外，它們還有廣泛的用途，包括為建築物、發電廠、汽車和其他系統供電。

然而燃料電池缺乏廣泛的商業化，除其他外，是由於加速關鍵燃料電池過程所需的昂貴催化劑的高成本。

一組被稱為鉑族金屬的六種貴金屬已被證明是最有效的催化劑。雖然這些金屬是高效和持久的，但由於其稀缺性，它們的成本非常高。因此，研究人員正在尋找成本更低的選擇。

克服障礙

鐵基催化劑就是這樣一種選擇。鐵非常有吸引力，因為它很豐且價格低廉。但它的性能不如鉑金，特別是因為它缺乏耐久性從而無法承受燃料電池內的高度腐蝕性和氧化性環境。

為了克服這一障礙，研究小組將四個氮原子跟鐵結合起來。研究人員隨後將該材料嵌入幾層石墨烯中以對局部幾何和化學結構進行精確的原子控制。

由此產生的結構是一個大大改善的催化劑。按照研究小組的說法，這種催化劑被認為是迄今為止生產的最有效的鐵基催化劑–超美國能源部2025年的電流密度目標；另外，它還實現了接近鉑族催化劑的耐久性等級。

Wu表示，所有這些都表明，鐵基催化劑有可能使燃料電池，尤其是氫燃料電池，在商業用途上更加實惠。現在，研究人員正在計劃進行後續研究以進一步改進該催化劑。