研究人員發現，在鐵-氮-碳催化劑中加入氫，可以大幅降低氣候友善燃料電池的成本。多年來，研究人員一直在孜孜不倦地尋找成本效益高的替代品，以取代燃料電池中使用的鉑金和其他高價金屬。他們的工作重點是探索鐵、氮和碳這三種容易取得且價格較低的材料的各種組合。

然而，要在這些鐵氮碳催化劑的耐久性和效率之間取得平衡卻並非易事，因此這個過程充滿了挑戰。雖然他們已經成功地使催化劑具有持久性或高性能，但同時實現這兩個屬性仍然是一個巨大的障礙。

布法羅大學領導的一項新研究可能會提供一種解決方案。在《自然-催化》雜誌上，研究人員報告瞭如何在製造過程中加入氫氣，從而製造出接近鉑金性能的強效催化劑。

前排中間的吳剛正在努力降低與生產氣候友善燃料電池相關的成本。圖片來源：布法羅大學Douglas Levere。

這項進展表明，燃料電池技術在幫助汽車、卡車、火車、飛機和其他重型車輛實現無污染供電的潛力方面邁出了重要一步。

“多年來，科學界一直在努力平衡這種權衡。我們可以製造出低成本的有效物質，但它們太容易降解。或者，我們可以製造出非常穩定的物質，但其性能卻無法與鉑相提並論。 “這項研究的通訊作者、工程與應用科學學院化學與生物工程系教授吳剛博士說：”透過這項工作，我們朝著解決這個問題邁出了一步。

這項工作建立在吳領導的先前研究基礎之上，該研究描述了鐵-氮-碳催化劑，雖然這種催化劑經久耐用，但卻難以加快燃料電池中的重要化學反應。

新研究在一種名為熱解的製造過程中解決了這一局限性，該工藝涉及使用極高的溫度來組合材料。

在高溫分解過程中，研究人員在高溫艙中將四個氮原子與鐵結合在一起。然後，他們將這種材料嵌入幾層石墨烯中，石墨烯是一種堅韌、輕盈、柔韌的碳。

通常，這個過程是在一個裝有氬氣等惰性氣體的腔體內進行的。但這次，研究人員將氫氣送入艙內，形成了90% 的氬氣和10% 的氫氣混合物。

因此，研究人員能夠更精確地控制催化劑的組成。具體來說，他們能夠將兩種不同的鐵-氮-碳化合物（一種含有10 個碳原子，另一種含有12 個碳原子）置於有助於提高耐久性和效率的位置。

由此產生的催化劑達到了燃料電池的初始性能，遠遠超過了能源部2025 年的目標。事實證明，它比大多數鐵氮碳催化劑更耐用，接近燃料電池使用的典型低鉑陰極。

編譯來源：ScitechDaily