伦敦帝国理工学院研发创新催化剂 仅使用铁、碳和氮/大幅降低燃料电池成本

氢燃料电池可以将氢转化为电力，而且所产生的副产物只有水蒸汽，是一种颇具吸引力、更加环保的便携式电源替代品，尤其是在汽车领域。然而，其广泛应用受到成本影响，这种电池使用由铂制成的催化剂，这是一种昂贵且稀缺的金属。

（图片来源：伦敦帝国理工学院）

据外媒报道，由伦敦帝国理工学院（Imperial College London）的研究人员领导的欧洲团队，使用铁、碳和氮制造出了一种催化剂，可用于在高功率下运行燃料电池。与铂金属相比，这些材料价格低且容易获得。

帝国理工学院化学系的Anthony Kucernak教授表示：“目前，在单个燃料电池的成本中，大约有60%来自铂催化剂。为了让燃料电池真正替代用于驱动汽车的化石燃料，需要进一步降低成本。这种催化剂设计的成本更低，有助于实现这一点。此外，通过部署更多以氢为燃料的可再生能源系统，最终可以减少温室气体排放，推进世界走上净零排放的道路。”

在这种创新催化剂中，所有的铁都以单原子的形式分散在导电碳基质中。单原子铁的化学性质不同于块状铁（块状铁中的所有原子都聚集在一起），反应活性更强。这意味着铁可以促进燃料电池中的必要反应，成为铂的良好替代品。在实验室测试中，该团队发现，单原子铁催化剂的性能，接近于真正的燃料电池系统中的铂基催化剂。

除了为燃料电池生产低成本催化剂外，该团队开发的这种方法还适用于制造其他过程使用的催化剂，例如一些化学反应，以大气中的氧为反应物，而不是昂贵的化学氧化剂；以及在处理废水时，利用空气去除有害污染物。

帝国理工学院化学系的Asad Mehmood博士表示：“研究人员开发了一种新的方法，可以制造一系列‘单原子’催化剂，为一系列新的化学和电化学过程提供机会。具体地说，这种独特的合成方法名为金属转移反应（transmetallation），可以避免在合成过程中形成铁团簇。对于其他希望制备类似类型催化剂的科学家而言，这一过程应该有所帮助。”

该团队已与英国燃料电池催化剂制造商Johnson Matthey达成合作，在适当的系统中测试这种催化剂，并希望扩大新催化剂的规模，以用于商业燃料电池。此外，研究人员还致力于提高催化剂的稳定性，以使其在耐久性和性能上可与铂媲美。