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　　由加州大學洛杉磯分校（UCLA）材料科學家和化學家領導的一個研究小組設計了一種新的催化劑，可以使燃料電池更耐用，幾乎是美國能源部設定的預期壽命目標的兩倍。

　　將氧化鈷簇嵌入超細鉑催化劑的進展導致了更耐用的燃料電池，這被認為是以有限的碳足跡發(fā)電的最有效手段。

　　一項概述這些發(fā)現(xiàn)的研究最近發(fā)表在《自然催化》上。在加州大學洛杉磯分校Samueli工程材料科學與工程學院教授Yu Huang的帶領下，研究人員估計，配備新型耐用燃料電池的輕型汽車，如乘用車，可以使用超過15000小時，比能源部8000小時的最終目標長87.5%，即大約支持15萬英里（24萬公里）續(xù)航。通過略微增加嵌入式氧化物鉑催化劑的使用，壽命的延長也有利于重型車輛，如長途半卡車。

　　質子交換膜燃料電池直接將氫氣中的化學能轉化為電能，是一種有吸引力的零排放發(fā)電技術。在電池內，膜上鑲嵌著催化劑，如鉑合金，這有助于激發(fā)和加速原本緩慢的化學反應，將儲存在氫原子中的能量轉化為電能。該反應將氫原子分解為其組成的質子和電子，水蒸氣是反應唯一的排放副產(chǎn)物。這就是為什么廣泛使用燃料電池汽車為實現(xiàn)氣候可持續(xù)性目標提供了一個有吸引力的選擇。

　　然而，很難在實現(xiàn)催化效率和燃料電池耐用性之間找到最佳點，因為鉑會隨著時間的推移而溶解，從而降低燃料電池的性能。

加州大學洛杉磯分校（UCLA）

　　“更廣泛地采用燃料電池的一個主要挑戰(zhàn)仍然是使其最佳性能持續(xù)足夠長的時間，以便在商業(yè)上可行，”Huang說，他是加州大學洛杉磯分校Traugott and Dorothea Frederking Endowed主席。“我們的研究證明了一種原子內部支架，可以將鉑原子固定在催化劑中，使其在很長一段時間內保持穩(wěn)定。”

　　研究人員沒有使用傳統(tǒng)的鉑合金，而是將氧化鈷分子簇嵌入鉑原子殼中。該設計利用了強大的氧化鉑相互作用，使催化劑在結構和化學上更耐用，而不會犧牲燃料電池的活性。由此產(chǎn)生的混合結構有助于鉑離子在長時間使用的情況下粘附并保持在一起，從而降低催化劑更換成本。在他們的實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)這種設計在耐用性和壽命方面優(yōu)于傳統(tǒng)的鉑鈷合金。該團隊還使用一套微觀、光譜和模擬技術驗證了納米級結構。

　　該研究的主要作者是加州大學洛杉磯分校博士畢業(yè)生、Huang研究小組的Bosi Peng和Zeyan Liu，Huang研究小組專門開發(fā)用于復雜材料（包括燃料電池催化劑）的納米級構建塊。

　　與Huang共同擔任資深通訊作者的是意大利國家研究委員會的Alessandro Fortunelli。加州大學洛杉磯分校化學和生物化學教授Xiangfeng Duan和加州大學歐文分校材料科學與工程教授Xiaoqing Pan也是這項研究的作者，該研究部分由美國海軍研究辦公室資助。

　　Duan和Huang是加州大學洛杉磯分校加州納米系統(tǒng)研究所的成員。加州大學洛杉磯分校技術開發(fā)小組已就該技術申請了美國臨時專利。