为了使燃料电池变得更便宜，研究人员花费了数十年的时间寻找低成本催化剂来替代铂和其他昂贵的金属。
这包括尝试三种丰富且相对便宜的材料的不同组合：铁、氮和碳。迄今为止，结果参差不齐。研究人员可以使铁-氮-碳催化剂变得耐用或高效，但不能两者兼而有之。
布法罗大学领导的一项新研究可能会提供解决方案。在《自然催化》杂志上，研究人员报告了如何在制造过程中添加氢气来创造出接近铂性能的强大而有效的催化剂。
这一进展表明，朝着帮助燃料电池技术发挥其作为汽车、卡车、火车、飞机和其他重型车辆的无污染电力供应商的潜力迈出了重要的一步。
“多年来，科学界一直在努力平衡这种权衡。我们可以制造出低成本、有效但很容易降解的材料。或者我们已经使它们非常稳定，但它们的性能无法与铂金相媲美。通过这项工作，我们已经朝着解决这个问题迈出了一步。”该研究的通讯作者、工程与应用科学学院化学与生物工程系教授吴刚博士说。
这项工作建立在吴领导的先前研究的基础上，该研究描述了铁-氮-碳催化剂，虽然耐用，但难以加速燃料电池内的重要化学反应。
这项新研究在称为热解的制造过程中解决了这一限制，该过程涉及使用极热的温度来组合材料。
在热解过程中，研究人员在高温室中将四个氮原子与铁结合。然后他们将这种材料嵌入几层石墨烯中，石墨烯是一种坚韧、轻质且柔韧的碳形式。
通常这个过程发生在具有惰性气体(例如氩气)的室内。然而，这次研究人员将氢气注入腔室中，以产生 90% 的氩气和 10% 的氢气的混合物。
因此，研究人员能够更精确地控制催化剂的组成。具体来说，他们能够将两种不同的铁-氮-碳化合物(一种含有 10 个碳原子，另一种含有 12 个碳原子)放置在支持耐用性和效率的位置。
由此产生的催化剂达到了燃料电池的初始性能，远远超出了能源部 2025 年的目标。事实证明，它比大多数铁氮碳催化剂更耐用，接近用于燃料电池的典型低铂阴极。