25日從中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉，該所包信和院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)造性地給金屬鐵納米催化劑穿上碳納米層“鎧甲”(豆莢狀碳納米管)，極大提高了鐵基催化劑在燃料電池中的穩(wěn)定性和抗中毒能力，為未來(lái)非貴金屬催化劑最終在燃料電池中的應(yīng)用指明方向。
中國(guó)科學(xué)家這一研究成果被《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》選為重要進(jìn)展，發(fā)表于為慶祝該刊物創(chuàng)辦125周年即2013年第一期編發(fā)的特刊上。
據(jù)介紹，在燃料電池領(lǐng)域，目前使用性能相對(duì)穩(wěn)定的金屬鉑作為電極催化劑，然而，鉑的稀缺與昂貴大大限制了燃料電池的大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此，用“廉金屬”替代“貴金屬”催化劑成為該技術(shù)發(fā)展瓶頸，也是燃料電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿科學(xué)。
金屬鐵是一種儲(chǔ)量豐富的元素，也是被認(rèn)為最有希望替代燃料電池電極材料中鉑的元素之一，但鐵原子較活潑，極易被過(guò)度氧化形成沒(méi)有活性的高價(jià)氧化鐵，將其制成電極材料后，在燃料電池工作的酸性條件下，低價(jià)鐵原子被迅速過(guò)度氧化并溶解而失去催化反應(yīng)活性，進(jìn)而使燃料電池?zé)o法工作。
中科院大連化物所科研人員經(jīng)過(guò)多年研究，成功將金屬鐵納米粒子限域到具有豆莢狀結(jié)構(gòu)的碳納米管的管腔中，相當(dāng)于給容易“受傷害”金屬鐵納米粒子“穿”上一副由碳納米管制成的“鎧甲”，實(shí)現(xiàn)燃料電池在酸性環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，并顯著提高其在實(shí)際運(yùn)行中的抗中毒能力，從而在根本上解決納米金屬鐵作為燃料電池陰極催化劑的穩(wěn)定性難題。
專家稱，這項(xiàng)研究成果不僅為燃料電池催化劑的貴金屬替代研究提供有效途徑，而且催化劑“穿鎧甲”概念將對(duì)未來(lái)苛刻條件下運(yùn)行的催化劑設(shè)計(jì)和制備開(kāi)辟新方向，進(jìn)而為燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用帶來(lái)全新希望和曙光。