由布法罗大学领导的一项新研究将氢引入铁-氮-碳催化剂的制造中，从而显着提高了耐久性和效率，接近铂在燃料电池中的性能。
研究人员发现，在铁-氮-碳催化剂中添加氢气可以显着降低气候友好型燃料电池的成本。
多年来，研究人员一直在孜孜不倦地寻找用于燃料电池的铂和其他高价金属的具有成本效益的替代品。他们的工作重点是探索三种现成且更便宜的材料的各种组合：铁、氮和碳。
然而，这一过程充满挑战，因为事实证明，在这些铁-氮-碳催化剂的耐久性和效率之间取得平衡是很困难的。虽然他们已经成功地使催化剂具有持久性或高性能，但同时实现这两个属性仍然是一个重大障碍。
布法罗大学（University at Buffalo）领导的一项新研究可能会提供解决方案。在《自然催化》杂志上，研究人员报告了在制造过程中添加氢气如何产生一种强大而有效的催化剂，其性能接近铂。
吴刚（Gang Wu）正致力于降低与生产气候友好型燃料电池相关的成本。
这一进展表明，在帮助燃料电池技术发挥其作为汽车、卡车、火车、飞机和其他重型车辆无污染电力供应商的潜力方面迈出了重要一步。
平衡催化剂的耐久性和效率
“多年来，科学界一直在努力平衡这种权衡。我们可以制造低成本，但效率高，但太容易降解。或者我们让它们非常稳定，但它们的性能无法与铂金相媲美。通过这项工作，我们已经朝着解决这个问题迈出了一步，“该研究的通讯作者，工程与应用科学学院化学与生物工程系教授Gang Wu博士说。
这项工作建立在Wu领导的先前研究的基础上，该研究描述了铁 – 氮 – 碳催化剂，虽然耐用，但难以加速燃料电池内的重要化学反应。
催化剂制造的创新方法
这项新研究在称为热解的制造过程中解决了这一限制，该过程涉及使用极热的温度来结合材料。
在热解过程中，研究人员在高温室中将四个氮原子与铁键合。然后，他们将这种材料嵌入到几层石墨烯中，石墨烯是一种坚韧、轻便且柔韧的碳形式。
通常，该过程发生在具有惰性气体（例如氩气）的腔室中。然而，这一次研究人员将氢气送入腔室，以产生90%氩气和10%氢气的混合物。
因此，研究人员能够更精确地控制催化剂的组成。具体来说，他们能够将两种不同的铁-氮-碳化合物（一种含有10个碳原子，另一种含有12个碳原子）放置在支持耐用性和效率的位置。
由此产生的催化剂达到的初始燃料电池性能远远超出了能源部2025年的目标。它还被证明比大多数铁-氮-碳催化剂更耐用，接近用于燃料电池的典型低铂阴极。
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