最近英國倫敦帝國理工學(xué)院研究人員開發(fā)出一種氫燃料電池，使用鐵元素代替稀有而昂貴的鉑，降低了氫燃料電池（2022全國新能源材料產(chǎn)學(xué)研合作線上報告會）的成本，該技術(shù)讓氫燃料廣泛部署成為可能。
氫燃料電池將氫轉(zhuǎn)化為電力，而唯一的副產(chǎn)品是水蒸氣，這使它們成為一種有吸引力的綠色便攜電力替代品，特別是用于汽車領(lǐng)域。然而，它們的廣泛使用受到了一種主要材料成本的阻礙。為了促進產(chǎn)生電能的反應(yīng)，燃料電池依靠一種由鉑制成的催化劑，而鉑是昂貴而稀缺的。
現(xiàn)在，研究團隊只使用鐵、碳和氮——這些廉價且容易獲得的材料——創(chuàng)造了一種催化劑，并表明它可以用于在高功率下運行燃料電池。
研究人員說：“目前，用于催化劑的鉑約占單個燃料電池成本的60%。為了讓燃料電池成為化石燃料驅(qū)動汽車的真正可行替代品，我們需要降低成本。我們更便宜的催化劑設(shè)計應(yīng)該會讓這成為現(xiàn)實，并允許部署更多使用氫作為燃料的可再生能源系統(tǒng)，最終減少溫室氣體排放，讓世界走上凈零排放的道路。”
該團隊的創(chuàng)新是制造一種催化劑，其中所有的鐵都以單個原子的形式分散在一個導(dǎo)電的碳基體中。單原子鐵的化學(xué)性質(zhì)與大塊鐵不同，大塊鐵的所有原子都聚集在一起，而分散的單原子鐵使其更容易發(fā)生反應(yīng)。
除了為燃料電池生產(chǎn)更便宜的催化劑外，該團隊開發(fā)的方法還適用于其他過程的催化劑，例如使用大氣氧作為反應(yīng)物而不是昂貴的化學(xué)氧化劑的化學(xué)反應(yīng)，以及廢水處理中使用空氣去除有害污染物。
獨特的合成方法
研究人員說：“我們開發(fā)了一種制造一系列'單原子'催化劑的新方法，這為一系列新的化學(xué)和電化學(xué)過程提供了機會。具體來說，我們使用了一種獨特的合成方法，稱為金屬轉(zhuǎn)移，以避免在合成過程中形成鐵團簇。這個過程應(yīng)該對其他想要制備類似催化劑的科學(xué)家有所啟發(fā)?！?/span>
該團隊在適當?shù)南到y(tǒng)中測試催化劑，并希望擴大他們的新催化劑的規(guī)模，以便用于商業(yè)燃料電池。與此同時，他們正在努力提高催化劑的穩(wěn)定性，使其在耐久性和效率上與鉑媲美。
2025
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