氢燃料电池作为可持续和环保的能源，为陆地，空中和海上运输提供动力，具有很大的前景。但是，用于驱动氢燃料电池化学反应的传统催化剂成本太高，效率低下，无法证明大规模商业转向现有技术是合理的。

在美国化学学会出版物上发表的新的跨学科研究中，东北大学的科学家们已经确定了一类新型催化剂，由于其特殊的非贵金属性质，可以取代铂基标准，该标准阻止了氢在燃料领域的发展。

“我们正在迅速过渡到电动交通方式，在我看来，电池只是一个过渡阶段，”东北大学化学和化学生物学杰出教授Sanjeev Mukerjee说，他是该研究的合著者。“这不是取代化石燃料的最终答案。

教授Sanjeev Mukerjee摄影：Alyssa Stone/Northeastern University

他说，答案就在氢气或“氢载体”中 - 氢气只是其中一部分的较大分子 - 答案就在于此。氢是宇宙中最丰富的元素，作为能量载体，可以从水，化石燃料或生物质中分离出来，并用作燃料。氢燃料电池将氢气转化为电能;与产生有毒和致癌化学副产物的内燃机不同，氢燃料电池仅产生水 - 实际的饮用水 - 作为化学反应的结果。

“目前最大的瓶颈是，第一：燃料的基础设施，即氢气或氢气载体;第二是催化剂的高成本，因为目前最先进的技术需要贵金属，“Mukerjee说。“因此，有双重努力来降低贵金属负载，并使用地球上非常丰富的元素找到更可持续的催化剂。

催化剂用于氢燃料电池中以加速能量转换过程，称为氧还原反应。可持续催化剂是由“富含地球的材料”制成的催化剂，当氧气被引入化学反应时，它不会产生碳，东北大学杰出物理学教授，该研究的合著者Arun Bansil说。

大学杰出的物理学教授阿伦·班西尔（Arun Bansil）摆姿势拍摄肖像。摄影：Ruby Wallau/Northeastern University

与此相关，东北大学的研究人员一直在研究一类特定的催化剂，即所谓的“氮配位铁催化剂”，作为潜在的可持续候选者。氮配位铁催化剂在分子上被定义为被四个氮原子包围的铁原子。氮原子被称为“配体”，或与中心金属原子结合形成更大复合物的分子。

“这是一个众所周知的结构，”Bansil说。“我们在这篇论文中非常确凿地表明，通过添加第五个配体 - 即四个氮加上另一个 - 可以产生更稳定和更强大的电催化剂，从而为合理设计这类催化剂开辟新的范式或途径，用于燃料电池的应用。

Bansil说，第五配体也提高了催化剂的耐久性。他说，原因是“当氧气被添加到这个结构中时，这第五个配体似乎设法将铁保持在铁氮的平面上。

Bansil说，如果第五配体不存在，当氧气放入时，许多这些配合物中的铁氮平面就会被移出，从而使催化剂“不那么耐用”。

研究人员使用X射线发射光谱和Mössbauer光谱学（计算化学中使用的技术）来观察这些效应。

“仅仅知道某些东西似乎工作得更好是不够的 - 重要的是要知道为什么它工作得更好，”他说。“因为这样我们就可以通过合理的设计过程开发改进的材料。

东北大学科学家贾清英（Qingying Jia）和拉彭兰塔理工大学（Lappeenranta University of Technology）的计算和理论物理学家贝尔纳多·巴比埃里尼（Bernardo Barbiellini）参与了这项研究，后者目前正在访问东北大学。

这一进步代表了该领域的几个“第一”，Mukerjee说。

“计算方法帮助我们在制备过程中识别催化位点，并且还有助于提供这些[催化剂]中哪些更稳定的图片，”他说。

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东北大学（NU或NEU）是马萨诸塞州波士顿的一所私立研究型大学。该大学成立于1898年，在其主要城市提供本科和研究生课程。

原文：Researchers Discover New Catalysts for Hydrogen Fuel Cells - News @ Northeastern