在下一代氫燃料電池中，鉑是實(shí)現(xiàn)核心化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵催化劑。然而，這種貴金屬的成本較高，阻礙了相關(guān)技術(shù)發(fā)展。據(jù)外媒報(bào)道，中國的研究人員設(shè)計(jì)了一種納米級(jí)鉑鈷合金催化劑，可以大大減少鉑的使用量，并實(shí)現(xiàn)同等甚至更好的性能。

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在向清潔能源轉(zhuǎn)型的過程中，氫燃料電池經(jīng)常被用于難以實(shí)現(xiàn)電氣化的領(lǐng)域，尤其是重型運(yùn)輸。但最常用的堿性燃料電池的體積很大，應(yīng)用范圍有限。作為下一代燃料電池，質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）要緊湊得多。然而，在質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵反應(yīng)（氧還原反應(yīng)，或ORR）中，需要使用昂貴的金屬鉑作為主要催化劑。據(jù)美國能源部數(shù)據(jù)，目前在燃料電池中，鉑族金屬催化劑占總成本的40%以上。

為了推廣燃料電池技術(shù)，必須在不影響性能的情況下減少鉑的使用量，或者采用其他替代催化劑材料。大量研究都集中在后一種方法上。研究人員尤其關(guān)注鉑與鈷的合金化，以減少實(shí)現(xiàn)相同結(jié)果所需使用的鉑。因?yàn)楦鞣N鉑鈷合金具有更高的活性表面積，即在催化劑分子上發(fā)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的空間。然而，微調(diào)合金化程度，以實(shí)現(xiàn)最佳的ORR性能，仍是巨大的挑戰(zhàn)。

因此，北京化工大學(xué)的向中華教授等研究人員使用二甲胺硼烷（DMAB）作為還原劑（在化學(xué)反應(yīng)中向另一種物質(zhì)提供電子的物質(zhì)），合成了一種鉑-鈷-碳前體（可通過進(jìn)一步反應(yīng)得到目標(biāo)化合物的化合物，在這里是鉑-鈷合金）。將該前驅(qū)體在氫氣和氬氣環(huán)境中加熱到高溫，以生成一種納米級(jí)顆粒形式的鉑鈷合金，其中每三個(gè)鉑原子對(duì)應(yīng)一個(gè)鈷原子。

這種獨(dú)特的鉑鈷合金中的電子結(jié)構(gòu)，使燃料電池電極的膜表面具有很高的活性。由此提高了燃料電池的性能，并實(shí)現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性。在燃料電池循環(huán)10,000次后，只出現(xiàn)了輕微的性能退化。對(duì)單個(gè)燃料電池的進(jìn)一步測(cè)試表明，這種方法大大超過了美國能源部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

研究人員希望，以后可以完全取代鉑基催化劑。使用非貴金屬催化劑，保持或提高電池的性能和長期穩(wěn)定性。

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