中国科学家为催化剂"穿铠甲" 贵金属替代研究获突破

2013年01月27日 来源： 中国科技网

记者25日从中国科学院大连化学物理研究所获悉，该所包信和院士领衔的科研团队，创造性地给金属铁纳米催化剂穿上碳纳米层“铠甲”(豆荚状碳纳米管)，极大提高了铁基催化剂在燃料电池中的稳定性和抗中毒能力，为未来非贵金属催化剂最终在燃料电池中的应用指明方向。

中国科学家这一研究成果被《德国应用化学》选为重要进展，发表于为庆祝该刊物创办125周年即2013年第一期编发的特刊上。

据介绍，在燃料电池领域，目前使用性能相对稳定的金属铂作为电极催化剂，然而，铂的稀缺与昂贵大大限制了燃料电池的大规模推广应用。因此，用“廉金属”替代“贵金属”催化剂成为该技术发展瓶颈，也是燃料电池领域的研究热点和前沿科学。

金属铁是一种储量丰富的元素，也是被认为最有希望替代燃料电池电极材料中铂的元素之一，但铁原子较活泼，极易被过度氧化形成没有活性的高价氧化铁，将其制成电极材料后，在燃料电池工作的酸性条件下，低价铁原子被迅速过度氧化并溶解而失去催化反应活性，进而使燃料电池无法工作。

中科院大连化物所科研人员经过多年研究，成功将金属铁纳米粒子限域到具有豆荚状结构的碳纳米管的管腔中，相当于给容易“受伤害”金属铁纳米粒子“穿”上一副由碳纳米管制成的“铠甲”，实现燃料电池在酸性环境中稳定运行，并显著提高其在实际运行中的抗中毒能力，从而在根本上解决纳米金属铁作为燃料电池阴极催化剂的稳定性难题。

专家称，这项研究成果不仅为燃料电池催化剂的贵金属替代研究提供有效途径，而且催化剂“穿铠甲”概念将对未来苛刻条件下运行的催化剂设计和制备开辟新方向，进而为燃料电池的大规模应用带来全新希望和曙光。