10月16日，美国布朗大学官网发布消息称，校内研究人员开发出一种新型合金催化剂，既能在燃料电池测试中保持良好的反应性和耐用性，又能减少铂的使用。
根据Joule期刊所述的测试结果，该催化剂在纳米粒子中合金化铂与钴合金制成的催化剂，在反应性、耐久性方面均超过了美国能源部（DOE）2020年的目标。
布朗大学开发的新催化剂，将铂原子的外壳与其核心中有序的铂和钴原子层结合，有序的原子层有助于收紧外壳并保护钴，这使得催化剂更具反应性和耐用性。
“合金催化剂的耐久性是该领域的一个大问题，”布朗大学的化学研究生，该研究的第一作者Junrui Li表示：“事实证明，合金最初的性能优于纯铂，但在这种情况下，在燃料电池内部，催化剂的非贵金属部分会被氧化并迅速浸出。”
为了解决这一浸出问题，Junrui Li和他的同事开发了具有特殊结构的合金纳米粒子。颗粒具有纯铂外壳，其围绕由交替的铂和钴原子层制成的核心。布朗化学教授Shouheng Sun表示，这种分层核心结构是催化剂反应性和耐久性的关键。
“核心中原子的分层排列有助于平滑和收紧外壳中的铂晶格，”Shouheng Sun解释：“这增加了铂的反应性，同时保护钴原子在反应过程中不被吃掉。这就是为什么这些颗粒比随机排列的金属原子的合金颗粒表现得更好的原因。”
在实验环节，研究人员测试了催化剂进行氧还原反应的能力，这对燃料电池的性能和耐久性至关重要。在质子交换膜（PEM）燃料电池的一侧，从氢燃料中剥离的电子产生驱动电动机的电流。在电池的另一侧，氧原子吸收这些电子以完成电路。
初步测试表明，催化剂在实验室环境中表现良好，优于更传统的铂合金催化剂。新催化剂在30000次电压循环后保持其活性，而传统催化剂的性能显着下降。
但研究人员表示，虽然实验室测试对于评估催化剂的性质非常重要，但它们并不一定能显示催化剂在实际燃料电池中的表现。
与实验室测试环境相比，燃料电池环境更热并且酸度不同，这可能加速催化剂降解。为了找出催化剂在该环境中的稳定性，研究人员将催化剂送到洛斯阿拉莫斯国家实验室进行实际燃料电池测试。
测试表明，该催化剂击败了美国能源部（DOE）为初始活动和长期耐久性设定的目标。此前，美国能源部已经要求研究人员开发催化剂，到2020年初始活性为每毫克铂0．44安培，30000次电压循环后活性至少为0．26安培／毫克（大约相当于燃料电池汽车使用5年）。
而新催化剂的测试表明，它具有0．56安培／毫克的初始活性和30000循环0．45安培后的活性。
“即使经过30000次循环，我们的催化剂仍然超过了DOE的初始活动目标，”Shouheng Sun表示：“在现实世界的燃料电池环境中，这种表现真的很有希望。”
目前，研究人员已申请了关于催化剂的临时专利，他们期望够继续开发和改进催化剂。该项工作得到了美国能源部能源效率和可再生能源燃料电池技术办公室的支持。
