在燃料电池的开发中，几代科学家和工程师的努力已经产生了基于贵金属的高效且稳定的催化剂。这些催化剂在电动汽车等应用的性能方面达到了要求的阈值。然而，稀缺贵金属的高成本使其广泛应用在经济上不太可行。在本周发表在“自然化学”杂志上的一篇论文中，来自波鸿鲁尔大学电化学科学中心的研究人员和鲁尔河畔米尔海姆的马克斯普朗克化学能转换研究所的研究人员报告了一个新概念。使用有效且可能更便宜的催化剂。一种缓冲剂保护催化剂免受燃料电池中遇到的恶劣条件的影响，这些条件迄今为止已被废弃使用。
科学家们在最新一期“ 自然化学 ” 杂志上报道。
氢化酶，铂的替代品?
用于氢氧化的生物催化剂 - 所谓的氢化酶 - 也是自然界的一部分。它们仅仅通过使用生物体可用的元素而开发，这意味着没有任何贵金属。复合氢化酶仅仅基于镍和铁等丰富元素而发展。最有效的氢化酶达到铂的周转率，它们所含元素的供应几乎是无限的。“由于这个原因，氢化酶可能是贵金属的有趣替代品，”Wolfgang Schuhmann教授(RUB分析化学教授)说。虽然氢化酶在燃料电池遇到的限制条件下不能工作。氧气和极端电势的痕迹导致失活过程。
氧化还原水凝胶，有效但敏感的催化剂的屏蔽
尽管如此，波鸿和米尔海姆的团队仍然致力于将敏感催化剂应用于标准燃料电池的工作条件的新战略。关键的想法是将催化剂屏蔽在保护性基质中，其具有专门设计的特性以防止失活过程。不是将氢化酶直接接触电极，而是在氧化还原水凝胶中固定应保护构建体。它设计用作氧化还原缓冲液和氧清除剂。因此，在水凝胶膜内，高电位和氧气都不会影响生物催化剂。在工作条件下，水凝胶改性的燃料电池能够在几周内将化学能从氢转化为电能，而在没有水凝胶的情况下，氢化酶在几秒钟内失活。
迈向新型燃料电池重新设计的重要一步
“水凝胶概念开启了整合各种其他敏感的生物或人工催化剂的可能性，其内在稳定性无法进一步提高，”MPI CEC主任Wolfgang Lubitz教授说。“这是迈向新型燃料电池重新设计的重要一步，可能会将它们重新定位于全球可持续能源产业竞争的最前沿。”
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