由氫燃料電池提供動力的汽車基本只排放水蒸氣，具有可持續(xù)性。但是，這需要使用由鉑等貴金屬制成的催化劑，這些金屬的儲量少、價格高。據(jù)外媒報道，加州大學洛杉磯分校（UCLA）與加州大學歐文分校（UC Irvine）的研究人員共同設計了一種新催化劑，可提供較高的性能和穩(wěn)定性，同時降低鉑使用量。

（圖片來源：UCLA）

這項新技術采用鉑鈷合金的微型晶體，將每個晶體嵌入由石墨烯制成的納米袋中。石墨烯是由碳原子構成的二維材料，只有一層原子厚度。受益于石墨烯納米袋的非接觸外殼，該催化劑在苛刻的超低PGM負載（0.070 mgPGM cm–2）下表現(xiàn)出良好的電化學可及性和出色的耐用性。

這種由石墨烯納米袋包裹的鉑鈷納米催化劑（PtCo@Gnp）可用于燃料電池，具體優(yōu)點如下：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，催化活性提高約20%；經(jīng)過6000-7000小時的模擬測試，功率損耗減少約35%，超過首次達到5000小時的目標；每輛車的鉑使用量減少近40%。

加州大學洛杉磯分校薩穆埃利工程學院（UCLA Samueli School of Engineering）材料科學與工程系的Yu Huang教授表示：“研究人員找到了可使較小粒子更加穩(wěn)定的東西，其效果遠超預期?！?/p>

現(xiàn)在，在全球的鉑及類似金屬供應總量中，有一半是用于化石燃料驅動車輛的催化轉換器，每輛車需要約2-8克鉑。就目前的氫燃料電池技術而言，每輛車使用大約36克。相比之下，這項研究的測試結果顯示，在最低鉑負載下，每輛氫動力汽車只需要6.8克鉑。

研究人員將鉑鈷合金催化劑分解成平均3納米長的顆粒。顆粒更小，意味著表面積更大，發(fā)揮催化活性的空間更多。然而，這些較小顆粒的耐用性不足，因為它們往往會從表面脫落或聚集成更大的粒子。為了解決這一問題，研究人員將催化劑顆粒包裹在石墨烯納米袋內(nèi)，以防止顆粒遷移。同時，每個催化劑納米顆粒周圍留有大約1納米的微小間隙，這意味著可以發(fā)生關鍵的電化學反應。

此外，研究人員構建了一個預測鉑基合金催化活性和耐久性的模型，可用于指導催化劑設計，在同類研究中尚屬首次。該團隊致力于將實驗結果轉化為實用技術，并為綠色能源和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。