12月14日，《自然》雜志發(fā)表《由咪唑酯骨架衍生的超低負載鉑-鈷燃料電池催化劑》一文，指出燃料電池催化劑鉑用量可減少75%。

鉑金被認為是燃料電池必須要使用的一種金屬。鉑金雖然稀缺且極其昂貴，但鉑在將氫和氧轉化為水和電時比銀和金更加有效。

近日，美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員發(fā)現了一種新的催化劑，它僅使用了目前技術約25％的鉑用量，仍然保持了全部金屬供應電化學反應的活性和穩(wěn)定性。

燃料電池使用鉑將氫轉化為質子和電子，同時還將氧鍵斷開，通過大量的催化劑形成水。

為了減少這一過程所需的鉑金量，研究人員首先調整了金屬的形狀，使幾層純鉑原子覆蓋鈷鉑合金納米粒子核心，從而最大限度地提高鉑在催化劑中的可用性和反應性。

“如果你首先只有極少量的鉑金，你必須充分利用它。”作為該研究的共同作者，阿貢實驗室化學家劉迪嘉（音譯）在一份聲明中說，“使用鉑-鈷核殼合金可以讓我們制造更多的催化活性顆粒，擴散到催化劑表面，但這只是第一步?！?/p>

就其自身而言，當燃料電池需要增加電流時，核-殼納米顆粒不能處理大量氧氣。研究人員通過生產具有催化活性的無鉑族金屬基板來提高效率，通過作為前體來支持鈷-鉑合金納米粒子，使團隊能夠制備鈷-氮-碳復合基板。

在該基質中，自身能夠斷裂氧鍵并與鉑共同起到協同作用的催化活性中心均勻地分布在鉑-鈷顆粒附近。

“你可以認為它有點像分子足球隊，”劉迪嘉表示：“核-殼納米粒子的作用就像防守衛(wèi)一樣，很薄的分散在整個場地，試圖同時處理大量的氧分子。我們所做的是讓‘場地’本身具有催化活性，能夠協助解決氧氣問題?！?/p>

研究人員首先加熱含鈷金屬-有機骨架，使一些鈷與有機物相互作用并形成不含PGM的基質。同時，剩余的鈷原子被還原成良好分散并且遍及基底的小金屬簇，然后加入鉑并將混合物退火以形成鉑-鈷核-殼顆粒，被無PGM的活性位點包圍。

隨著活性的提高，新催化劑的耐久性優(yōu)于任何一種組分。

“由于新催化劑僅需要超低量的鉑，其用量類似于現有汽車催化轉化器中使用的鉑量，可以幫助傳統內燃機到燃料電池車輛的過渡，而不會破壞鉑金的供應鏈和市場?！眲⒌霞伪硎尽?/p>