鐵基催化劑可降低燃料電池成本

    據物理學家組織網2月18日（北京時間）報道，美國能源部太平洋西北國家實驗室的研究人員，首次采用鐵基催化劑快速、高效分裂氫氣發電，使燃料電池的成本大大降低。該研究成果刊登在最新一期《自然·化學》在線版上。

    該實驗室分子電催化中心帶頭人、化學家R.莫里斯·布洛克說，現在燃料電池采用鉑作為催化劑，其缺點是價格要比鐵超出1000倍。而他的研究小組已經開發使用較為便宜的金屬，如將鎳和鐵作為催化劑，可以快速分割氫達到每秒兩個分子，接近商業催化劑的效率。

    燃料電池是通過氫使化學燃料中的電子發電：一大塊金屬的鉑作為催化劑，爆裂一個氫分子如同炸開個雞蛋，像蛋清一樣的白色電子“淌”出形成電流。由于鉑特殊的化學性質能夠做到這一點，因此化學家不能簡單地用更便宜的鐵或鎳取代這種昂貴的金屬。然而，一種存在于自然界中被稱為“氫化酶”的分子可使鐵分裂氫。

    布洛克和同事受到氫化酶運用鐵作為催化劑的啟發，首先創造了幾個潛在的分子用于測試；然后對于表現最佳的分子確定其形狀和調整內部電子的力量，以取得更多的改進。

    要做到這一點，需要在早期過程中不均衡地分離氫分子。鑒于一個氫分子是由兩個質子和兩個電子構成，研究中需用催化劑先拖拽走一個質子并將其發送，而之后其會被一種叫做質子受體的分子捕捉。在實際的燃料電池中，這種受體將被氧化。一旦最初的質子與其電子之間的拉攏力量消散，電極便會很容易拽掉第一個電子。然后，另一個質子和電子也同樣會被移除，這樣，兩個電子就會穿梭于電極間。

    通過實驗的設計，研究團隊測定了催化劑分裂氫分子的速度，最高值大約每秒可以分裂兩個分子。此外，研究人員還確定了其過電壓，以衡量催化劑的效率。結果顯示，過電壓達160—220毫伏，顯然已經具有商業催化劑的效率。研究團隊目前正在設法減緩這些反應步驟，以便也可加快其速度，以及確定在最佳條件下掌控該催化劑的執行效果。

    編輯圈點

    動力電池的高昂成本，一直都是電動汽車實現商業化普及的最大絆腳石。具體到燃料電池汽車上，電池整體成本被抬高的原因之一，便是使用“白金”——鉑作為催化劑。為此，科學家們此前一直在尋找更為價廉物美的替代品，并在碳、鐵材料方面取得了一定進展，但到目前為止尚未實現重大突破。如果類似美國團隊這樣的研究最終能夠實現商業化應用，新能源汽車的整體發展態勢和路徑方向，或許都將因此發生轉變。▇