《Science》子刊：燃料电池中的非金属催化剂

作为一种清洁能源，燃料电池可以通过化学反应将燃料的化学能转化为电能。但燃料电池往往要用到贵金属催化剂，这大大影响了其推广应用，近半个世纪以来，科学家们一直试图寻找一种催化剂可以取代贵金属。

最近，美国凯斯西储大学的一个华裔科学家团队首次实现了使用廉价的无金属催化剂代替贵金属催化剂，这种催化剂可以在酸性燃料电池中加速氧的还原反应，并达到与贵金属催化剂相同的效率。

这种新催化剂成功的关键在于其合理的多孔结构，该研究团队将掺杂了氮元素的石墨烯、碳纳米管和炭黑颗粒在溶液中混合，然后冷冻干燥成复合片材并使其固化。在这几种成分中，石墨烯提供了巨大的表面积以加速化学反应，碳纳米管提高了导电性，碳黑将石墨烯片分隔开，使电解液和氧气能自由流动，这大大增加了燃料电池的性能和效率。该研究团队还发现，当这些复合片材紧密地叠在一起时，这些优点就不复存在了。失去电子的氢离子由电解质通过膜输送至阴极，而氧分子在阴极接受转移来的电子，从而被还原，并和氢离子结合形成热和唯一的副产物水。

测试表明，这种多孔催化剂比目前最先进的铁基催化剂性能更好，也更耐用。

这项研究成果发表在《Science》杂志社刚刚推出的新子刊《Science Advances》上，全文可免费下载。

http://advances.sciencemag.org/content/1/1/e1400129