价廉物美的催化剂 给氢动力汽车普及加把劲
材料牛注：高成本是目前阻碍氢燃料电池车普及的最大问题，现在这问题有望加速解决了！UNIST 的研究人员设计出了一种物美价廉的新型催化剂，其性能可与Pt媲美，但价格低廉得多。
隶属于UNIST的一项新研究提出了一种新型策略，其可用非贵金属催化剂代替目前用于氢燃料电池中的稀有且昂贵的铂（Pt）基催化剂。
UNIST 能源化工的Sang Hoon Joo教授及其团队研究出了一种新的合成技术，这项技术能够提高Fe-N掺杂碳（Fe -N / C）催化剂的催化活性，从而实现将氢燃料电池中的铂（Pt）基催化剂替换成非贵金属催化剂，实现氢燃料电池的低成本化。JACS（Journal of the American Chemical Society）的11月刊发表了这项研究。
氢燃料电池以氢和氧为原料发电，副产物为水。商业化的燃料电池中常用贵金属铂（Pt）为催化剂。然而，Pt（> 40美元/ g）昂贵的价格阻碍了燃料电池的普及。
因此，该研究团队试图开发一种高性能的非贵金属催化剂，以代替现有的Pt基催化剂。在这项研究中，他们聚焦于低成本、高活性的含铁、氮的碳基催化剂（Fe-N / C催化剂）。制备Fe-N / C催化剂时需要在700℃以上进行高温热处理以获得高催化活性，但同时也会减少活性位点（指发生决定反应速率的催化反应的位点）的数量。
为了解决这个问题，他们引入了“二氧化硅保护层”的方法。二氧化硅层在高温下能够有效地保留活性位点，防止活性位点被破坏。用这种方法制得的新型Fe-N/C催化剂有着与Pt催化剂相当的高氧气还原反应活性（ORR）。ORR是指氢燃料电池中阴极处的电化学反应。阴极处的还原反应比阳极处的氧化反应慢100万倍，因而ORR是影响燃料电池转化效率的主要因素。迄今为止，ORR的主要催化剂还是价格昂贵的Pt。
该研究团队将此催化剂用于碱性膜燃料电池（一种氢燃料电池）中作为阴极催化剂，检测到了高催化活性。他们在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中也验证了该催化剂的高性能，实验中催化剂活性达到了320A cm-3，超过了美国能源部（DOE）制定的2020年非贵金属催化剂的活性目标值（300 A cm-3）。
Joo教授说：“我们这项合成高性能催化剂的新技术不仅有望加速氢燃料电池的商业化，而且也适用于其他能量存储和转换设备。”
原文链接：Novel Catalyst Design Opens Possibility to Hydrogen Vehicle
本文由编辑部杨浩供稿，郑丽仙翻译，时冰遥审核，点我加入材料人编辑部
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