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莱斯大学团队开发新型钌碳催化剂

据国外网站报道：通过将单个钌原子嵌入到石墨烯中，莱斯大学的科学家们开发出高性能、高耐久性的燃料电池催化剂。

通常，铂催化剂是用于催化氧气的还原反应，使反应气体的化学能转化为电能。但由于铂的成本很高且总量有限，因此科学家们在过去数十年间尝试寻找其替代品。

化学家James Tour表示，钌-石墨结合物可以成为铂的替代品。James Tour博士和他在莱斯及中国的同事一同开发了钌-石墨结合物催化剂，在实验中利用该催化剂的燃料电池性能与传统使用铂催化剂的燃料电池性能相当。

美国化学学会杂志上刊登了一篇关于这一发现的论文，其第一作者是来自莱斯大学和中国科学院的Chenhao Zhang。论文中解释道，当与四个氮原子连接时，钌呈现出高催化活性态，但其成本仅为铂的10分之1。同时，使用单个钌原子镶嵌在石墨中，而非大量团聚的钌，因此可以保证所有的钌原子均可作为反应位点。

钌原子在石墨单原子层上均匀分散的工艺手段也较为简单。首先将氧化石墨烯分散到溶液中，加入少量钌，再将溶液进行冻干后将其变成泡状结构。氮气和氢气环境下在750℃进行烘烤，将氮原子嵌在石墨表面，提供捆绑钌的位点。

这种材料在酸性介质中表现出极好的抗甲醇和一氧化碳中毒的能力，而甲醇和一氧化碳中毒会造成燃料电池耐久性和效率的降低，是传统铂催化剂燃料电池难以攻克的问题。