作者玛丽·安·肖沃尔特，太平洋西北国家实验室 信用:太平洋西北国家实验室 由太平洋西北国家实验室(PNNL)的材料科学家领导的一个多机构研究小组设计了一种高活性和耐用的催化剂，它不依赖昂贵的铂来刺激必要的化学反应
这种新催化剂含有钴，夹杂着氮和碳
当与一种由铁制成的结构相似的催化剂——另一种有前途的、研究充分的铂替代品——进行比较时，研究小组发现钴催化剂实现了类似的反应，但耐用性是铁的四倍
该团队的研究显示了燃料电池在交通领域的前景，发表在2020年11月30日的《自然催化》杂志上
寻找昂贵铂金的替代品 质子交换膜(或质子交换膜)燃料电池通常被设想与氢气配对，用于不同领域的多种应用，包括运输、固定和备用电源、金属制造等
这些高效、清洁的能源转换设备需要非常活跃的化学反应催化剂——氧还原反应，或者是使燃料电池高效运行的“生命线”
铂族金属是质子交换膜燃料电池最有效的催化剂材料，但它们约占燃料电池成本的一半
因此，科学家们正在研究过渡金属，如铁，作为铂的有前途的替代品，但他们发现，它们在酸性质子交换膜燃料电池环境中会迅速降解
PNNL的专业知识和能力有助于提高钴基催化剂的活性和耐久性
信用:安德里亚·斯塔尔|太平洋西北国家实验室 还有钴，一种相对于铂来说廉价而丰富的过渡金属
先前的研究表明，钴的活性远远低于铁基催化剂
“我们知道钴与氮和碳的配置是催化剂反应效率的关键，活性中心密度对性能至关重要，”领导这项研究的PNNL材料科学家邵玉燕说
“我们的目标是真正提高钴基催化剂的反应活性
" 原子围栏 该研究小组将钴基分子固定在沸石咪唑盐框架的微孔中，起到保护屏障的作用，降低钴原子的迁移率，防止它们聚集在一起
然后他们利用高温热解将原子转化为框架内的催化活性位点
在这个结构中，他们发现活性位点的密度显著增加，反过来增加了反应活性
事实上，这达到了迄今为止报道的非铁、无铂族金属催化剂的燃料电池的最高活性
研究小组还发现钴基催化剂比用同样方法合成的铁基催化剂更耐用
他们第一次发现脱金属作用的显著差异，金属离子从催化剂中浸出，然后催化剂失去活性
他们还发现，燃料电池氧还原的副产品过氧化氢中的氧自由基会侵蚀催化剂，导致性能下降
高活性，更高的耐用性 邵说:“最终，我们不仅提高了钴基催化剂的活性，还显著提高了其耐用性。”
“我们的进一步研究使我们发现了降解这类催化剂的典型机制
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