清洁能源燃料电池的加速反应取得突破性进展

对清洁能源的需求从未如此之高，造成了一场开发新技术以替代化石燃料的全球竞赛。这些绿色能源技术中最诱人的是燃料电池。它们使用氢气作为燃料，清洁地生产电力，可以为从长途卡车到主要工业流程的一切提供动力。然而，燃料电池被核心化学反应中过程中的迟缓所阻碍，限制了效率。

来自德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员发现了新的动力学原理，可以利用铁基单原子催化剂为这一反应加速。

研究人员开发了一种新的方法来改善燃料电池中化学反应的氧还原部分，在该反应中，氧分子反应后产生水。他们通过一种 "水凝胶锚定策略"做到了这一点，该策略创造了由水凝胶聚合物固定的密集的铁原子组。找到正确的公式来间隔这些原子，就能产生相互作用，使它们蜕变为氧还原过程的催化剂。

弄清楚这些铁原子的密度和位置动态，可以在这个反应中释放出以前从未实现的效率水平，研究人员在最近发表于《自然-催化》的一篇新论文中展示了这些发现。

还原反应可能是大规模部署燃料电池的最大障碍，燃料电池的前景在于，它们的潜在应用几乎是无限的，例如可以使用广泛的燃料和原料，为大到公用发电站、小到笔记本电脑的系统提供动力。

全球的学术研究人员正在努力提高燃料电池的能力。这包括UT Austin的其他工程师，他们正在采取各种方法来解决燃料电池发展中的关键问题。

科克雷尔学院沃克机械工程系的材料科学副教授Yu Guihua说："用清洁和可再生能源取代化石燃料，以解决困扰我们社会的主要问题，如气候变化和大气污染，是最重要的。燃料电池一直被认为是一种将化学能转化为电能的高效和可持续的技术；然而，它们受到阴极氧还原反应迟缓的动力学的限制。我们发现，催化剂原子之间的距离是下一代燃料电池效率最大化的最重要因素"。这些发现可以应用于包括电催化反应的任何场景，这包括其他类型的可再生燃料，以及无处不在的化学产品，如酒精、含氧化合物、合成气和烯烃。