盡管氫燃 料是一種很有前景的化石燃料替代品，然而其發(fā)電依賴(lài)的催化劑主要由稀有昂貴的金屬鉑組成，這限制了氫燃料的廣泛商業(yè)化。據16日發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》 雜志的論文，美國加州大學(xué)洛杉磯分校研究人員報告了一種方法，使他們能夠達到并超過(guò)美國能源部（DOE）設定的高催化劑性能、高穩定性和低鉑使用率的目 標。
這項破紀錄的技術(shù)使用了鉑鈷合金的微小晶體，每個(gè)晶體都嵌在由石墨烯制成的納米袋中。
與DOE催化劑標準相比，石墨烯包裹合金產(chǎn)生了非凡的結果：催化活性提高75倍；功率提高65%；在燃料電池預期壽命結束時(shí)，催化活性提高約20%；在模 擬使用6000—7000小時(shí)后，功率損失降低了約35%，首次超過(guò)了5000小時(shí)的目標；每輛車(chē)所需的鉑金幾乎減少了40%。
石墨烯包裹合金產(chǎn)生了非凡的結果：催化活性提高75倍，功率提高65%。在燃料電池預期壽命結束時(shí)，催化活性提高約20%，在模擬使用6000—7000小時(shí)后，功率損失降低約35%，首次超過(guò) 5000小時(shí)的目標
圖片來(lái)源：美國加州大學(xué)洛杉磯分校黃昱團隊
如今，全球鉑及類(lèi)似金屬總供應量的一半用于化石燃料驅動(dòng)的汽車(chē)的催化轉換器，這種成分可以降低其排放物的有害性。每輛車(chē)需要2—8克鉑。相比之下，目前的氫燃料電池技術(shù)每輛車(chē)消耗約36克鉑。而研究團隊測試的最低鉑負荷下，每輛氫動(dòng)力汽車(chē)只需要6.8克鉑。
那么，研究人員是如何從更少的鉑中獲得更多能量的呢？他們將鉑基催化劑分解成平均3納米長(cháng)的顆粒。更小的顆粒意味著(zhù)更大的表面積，也意味著(zhù)更多發(fā)生催化活性的空間。然而，較小的顆粒往往會(huì )擠在一起形成較大的顆粒。
研究團隊通過(guò)在2D材料石墨烯中裝載他們的催化劑顆粒來(lái)解決這一限制。與煤或鉛筆芯中常見(jiàn)的散裝碳相比，這種薄碳層具有驚人的容量，可高效地導電和導熱，是類(lèi)似厚度的鋼強度的100倍。
他們的鉑鈷合金被還原成顆粒。在集成到燃料電池之前，這些顆粒被石墨烯納米袋包圍，納米袋還充當了一種防止顆粒遷移的錨，這正是商用車(chē)所需的耐久性水平所 必需的。與此同時(shí)，石墨烯允許在每個(gè)催化劑納米顆粒周?chē)舫黾s1納米的微小間隙，這意味著(zhù)可能會(huì )發(fā)生關(guān)鍵的電化學(xué)反應。