由加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）材料科學(xué)家和化學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組設(shè)計(jì)了一種新的催化劑，可以使燃料電池更耐用，幾乎是美國能源部設(shè)定的預(yù)期壽命目標(biāo)的兩倍。

　　將氧化鈷簇嵌入超細(xì)鉑催化劑的進(jìn)展導(dǎo)致了更耐用的燃料電池，這被認(rèn)為是以有限的碳足跡發(fā)電的最有效手段。

　　一項(xiàng)概述這些發(fā)現(xiàn)的研究最近發(fā)表在《自然催化》上。在加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程材料科學(xué)與工程學(xué)院教授Yu Huang的帶領(lǐng)下，研究人員估計(jì)，配備新型耐用燃料電池的輕型汽車，如乘用車，可以使用超過15000小時(shí)，比能源部8000小時(shí)的最終目標(biāo)長87.5%，即大約支持15萬英里（24萬公里）續(xù)航。通過略微增加嵌入式氧化物鉑催化劑的使用，壽命的延長也有利于重型車輛，如長途半卡車。

　　質(zhì)子交換膜燃料電池直接將氫氣中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，是一種有吸引力的零排放發(fā)電技術(shù)。在電池內(nèi)，膜上鑲嵌著催化劑，如鉑合金，這有助于激發(fā)和加速原本緩慢的化學(xué)反應(yīng)，將儲(chǔ)存在氫原子中的能量轉(zhuǎn)化為電能。該反應(yīng)將氫原子分解為其組成的質(zhì)子和電子，水蒸氣是反應(yīng)唯一的排放副產(chǎn)物。這就是為什么廣泛使用燃料電池汽車為實(shí)現(xiàn)氣候可持續(xù)性目標(biāo)提供了一個(gè)有吸引力的選擇。

　　然而，很難在實(shí)現(xiàn)催化效率和燃料電池耐用性之間找到最佳點(diǎn)，因?yàn)殂K會(huì)隨著時(shí)間的推移而溶解，從而降低燃料電池的性能。

加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）

　　“更廣泛地采用燃料電池的一個(gè)主要挑戰(zhàn)仍然是使其最佳性能持續(xù)足夠長的時(shí)間，以便在商業(yè)上可行，”Huang說，他是加州大學(xué)洛杉磯分校Traugott and Dorothea Frederking Endowed主席。“我們的研究證明了一種原子內(nèi)部支架，可以將鉑原子固定在催化劑中，使其在很長一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。”

　　研究人員沒有使用傳統(tǒng)的鉑合金，而是將氧化鈷分子簇嵌入鉑原子殼中。該設(shè)計(jì)利用了強(qiáng)大的氧化鉑相互作用，使催化劑在結(jié)構(gòu)和化學(xué)上更耐用，而不會(huì)犧牲燃料電池的活性。由此產(chǎn)生的混合結(jié)構(gòu)有助于鉑離子在長時(shí)間使用的情況下粘附并保持在一起，從而降低催化劑更換成本。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)在耐用性和壽命方面優(yōu)于傳統(tǒng)的鉑鈷合金。該團(tuán)隊(duì)還使用一套微觀、光譜和模擬技術(shù)驗(yàn)證了納米級(jí)結(jié)構(gòu)。

　　該研究的主要作者是加州大學(xué)洛杉磯分校博士畢業(yè)生、Huang研究小組的Bosi Peng和Zeyan Liu，Huang研究小組專門開發(fā)用于復(fù)雜材料（包括燃料電池催化劑）的納米級(jí)構(gòu)建塊。

　　與Huang共同擔(dān)任資深通訊作者的是意大利國家研究委員會(huì)的Alessandro Fortunelli。加州大學(xué)洛杉磯分校化學(xué)和生物化學(xué)教授Xiangfeng Duan和加州大學(xué)歐文分校材料科學(xué)與工程教授Xiaoqing Pan也是這項(xiàng)研究的作者，該研究部分由美國海軍研究辦公室資助。

　　Duan和Huang是加州大學(xué)洛杉磯分校加州納米系統(tǒng)研究所的成員。加州大學(xué)洛杉磯分校技術(shù)開發(fā)小組已就該技術(shù)申請(qǐng)了美國臨時(shí)專利。

　　（素材來自：UCLA 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）