铁基碳附着催化剂结构，引领更具活性的燃料电池！

材料牛注：伊利诺斯大学教授Andrew Gerwith和研究生Jason Varnell发现了一种方法，将活性催化剂纳米粒子从混合含铁化合物中分离出来，这有助于科研工作者精炼出更加有活性的燃料电池催化剂。

燃料电池长期被视作是最为有发展前景的能源，但是如今的低效利用却是实现这种前景的最大阻碍。伊利诺斯大学的研究者们发现了最棘手的催化过程：还原氧气这步中含铁催化剂最佳的活性形式。氧气中含有两个氧原子，所以它们能分裂且和已电离的氢离子相结合生成水。这项发现能够使得研究者提炼出更好的催化剂，同时也使得燃料电池成为汽车动力或者其他应用的一种更高效低耗的动力源选择。

这项研究由伊利诺斯大学的Andrew Gewirth教授带领的研究小组进行，其成员们将他们的成果发表于Nature Communications杂志上。

可催化氧还原反应的铁基催化剂充足、廉价，可用于替代贵金属催化剂，因为贵金属催化剂昂贵且会退化。然而，在含铁催化剂的制备过程中，产生了许多混含铁、氮和碳的不同复合物，各种各样的复合物分离开来十分困难。确切地说，哪种形式或者说哪些形式是活性催化剂，对于研究者而言仍然是个谜。这成了提高催化剂活性的困难所在。

Gewirth表示：“之前，我们不知道这些催化剂是由什么组成的，因为其中有许多不同的东西。现在，我们将这部分催化剂的组分缩减至一种化合物，由于我们知道它的组分，因而能够改变它，使它变得更好。”

研究者们使用氯气处理的方法，选择性地除去对氧还原过程不起作用的混合颗粒，提炼混合物直到一种颗粒留存：碳附着铁的纳米颗粒。

论文第一作者，同时也是研究生的Jason Varnell说，“铁腐蚀氧化其自身，为了能使它在燃料电池状态下稳定，我们必须要用碳包围它。”

研究者希望将催化剂的活性形式缩小，发现新生成纯净活性催化剂的可能，或者是对混合物进行调整使得它更具活性。

Gewirth表示：“最佳尺寸是什么，最佳浓度是什么，最佳覆着材料是什么，这些都是我们目前正在解决的问题。我们尝试多种方法合成活性催化剂，且将多组分纳米颗粒和一定量的不同金属混合，之前人们会将一些金属盐加入管式炉中，就像炒菜一样——加一点这种物质，加一点那种物质，现在我们知道我们同样需要在不同温度下将其他金属加入，这使我们能够合成更有活性的催化剂。”

最终，研究者希望能够提高催化剂性能及可制造性，从而研发出更高效的燃料电池。这可以在汽车行业或者是其他能源紧张的领域充分利用。

如今，我们知道，活性越好，就越能创造出更可行的贵金属催化剂替代者。

原文链接：Carbon-coated iron catalyst structure could lead to more-active fuel cells.

文献链接：Identification of carbon-encapsulated iron nanoparticles as active species in non-precious metal oxygen reduction catalysts.

本文由材料人编辑部杨洪期提供素材，谢晓靖编译，丁菲菲审核，点我加入材料人编辑部。