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时间：2022-05-30 14:28:39来源：
康奈尔大学的研究人员发现，氮掺杂的碳涂层镍阳极可以催化氢燃料电池中的基本反应，其成本仅为目前使用的贵金属的一小部分。
这一新发现可以加速氢燃料电池的广泛使用，氢燃料电池作为汽车和其他应用的高效、清洁能源具有广阔的前景。
这是 Héctor D. Abruña 实验室在寻找用于碱性燃料电池的活性、廉价、耐用的催化剂时的一系列发现之一。
“这一发现在使用高效、清洁的氢燃料电池代替化石燃料方面取得了进展，”康奈尔大学化学与化学生物学系教授 Abruña 说。
该结果于 3 月 21 日发表在美国国家科学院院刊上的“使用碳涂层镍阳极增强性能的完全不含贵金属的碱性燃料电池”中。
目前氢燃料电池需要昂贵的贵金属，如铂，以有效地催化它们用于发电的反应。尽管碱性聚合物电解质膜燃料电池 (APEMFC) 能够使用非贵金属电催化剂，但它们缺乏替代贵金属基系统所需的性能和耐用性。
燃料电池通过氢氧化反应 (HOR) 和氧还原反应 (OOR) 发电。Abruña 说，特别是铂金是这两种反应的模型催化剂，因为它可以有效地催化它们，并且在 PEM 燃料电池的酸性环境中很耐用。
但是其他材料呢?
研究人员写道，最近用非贵金属 HOR 电催化剂进行的实验需要克服两个主要挑战：氢结合能过强导致本征活性低，以及金属氧化物形成快速钝化导致耐久性差。
为了克服这些挑战，研究人员设计了一种镍基电催化剂，其外壳由氮掺杂碳制成，外壳直径为 2 纳米。
他们的氢燃料电池有一个阳极(氢被氧化)催化剂，该催化剂由一个被碳壳包围的实心镍核组成。当与钴锰阴极(氧气被还原)配对时，所得到的完全不含贵金属的氢燃料电池每平方厘米的输出功率超过 200 毫瓦。
Abruña 说，镍电极表面上氧化镍物质的存在显着减慢了氢氧化反应。氮掺杂碳涂层用作保护层并增强 HOR 动力学，使反应更快、更有效。
此外，镍电极上石墨烯涂层的存在可防止氧化镍的形成，从而使电极的使用寿命大大延长。这些电极对一氧化碳的耐受性也更强，一氧化碳会迅速毒化铂。
“这种新型阳极的使用将大大降低价格，使碱性燃料电池能够在广泛的领域得到应用，”Abruña 说。
2 月，Abruña 及其同事发现，氮化钴催化剂在催化氧还原反应方面几乎与铂一样有效。
这项研究的资金由碱性能源解决方案中心提供，该中心是一个能源前沿研究中心，由美国能源部、科学办公室、基础能源科学办公室和中国武汉大学庄研究组资助，由国家自然科学基金委。
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