氢燃料电池汽车新型催化剂设计

据国外网站报道：隶属于UNIST的一项研究提出了一种新型催化剂，实现了用非贵金属替代贵金属铂基催化剂。目前，此项技术已被应用于氢燃料电池中。十一月份出版的美国化学社会期刊中发表了此项研究成果，来自能源与化学工程的 Sang Hoon Joo 教授和他的团队设计出一种新型合成策略，提高了Fe-N/C催化剂的催化活性，这种新型催化剂可以应用在低成本氢燃料电池中。

我们知道，氢燃料电池通过氢气和氧气间的化学反应释放电能，反应中产生副产物水。目前商业化的燃料电池中使用的是贵金属铂催化剂，单价超过了40美元每克，如此高昂的价格严重限制了燃料电池的商业化。

研究团队试图研制出一种不使用贵金属的高性能催化剂，从而取代目前最先进的贵金属铂基催化剂。低成本、高性能的Fe-N/C催化剂成为研究的核心。在制造碳基掺杂催化剂的过程中，为了得到高的催化活性，通常需要在超过700摄氏度的高温下对原料进行热处理。但是凡事有利也就有弊，在经过高温热处理的同时也减少了催化剂的活性部位数。针对这一缺陷，研究团队引入了‘二氧化硅保护层’改进方法。添加的硅层可以有效的保护活性部位不被高温破坏。这种由二氧化硅保护层包覆Fe-N/C催化剂具有铂金属催化剂相当的高氧还原反应活性。

研发团队将他们设计的催化剂用作碱性膜燃料电池负极催化剂，实现了很高的催化性能。他们还将这种新型催化剂应用在质子交换膜燃料电池中，同样也得到了很高的催化活性。实验测试结果表明电流密度达到了320Acm-3,此结果已超过了美国能源部设定的2020年非贵金属催化剂的电流密度目标300Acm-3.