image: The catalyst developed here shows great potential to thoroughly guard the fuel cell during not only the continuous operation but also during frequent cold-start periods even under extremely cold conditions. view more
Credit: Junling Lu's research group
中国科学技术大学研究人员攻克新能源汽车——氢燃料电池汽车推广使用的关键难题，解除氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机，延长电池寿命，拓宽电池使用温度环境，在寒冬也能正常启动。研究突破将使这一绿色能源汽车有望民用推广，成果发表于1月31日的《自然》期刊。
氢气被认为是未来最有前途的清洁能源之一。氢燃料电池利用氢和氧的化学反应释放的化学能转化电能，无需燃烧，具有高能量转换效率和零排放。但氢燃料电池的发展面临许多挑战，其中一个关键难题是燃料电池铂电极的一氧化碳中毒问题。当下，氢的主要来源于甲醇和天然气等碳氢化合物的蒸汽重整和水煤气变换反应，由此产生的氢通常含有0.5％至2％的一氧化碳。作为氢燃料电池汽车的“心脏”，燃料电池铂电极容易一氧化碳杂质气体“毒害”，导致电池性能下降和寿命缩短，严重阻碍氢燃料电池汽车的推广。
学术界比较看好的车载氢气净化法，将特定催化剂放置在燃料电池的入口处，在氢气进入燃料电池之前，使氢气中的一氧化碳杂质气体优先和氧气发生反应，从而避免一氧化碳杂质气体进入电池毒化电极。然而，现有的催化剂只能在高于室温和极窄的温度范围内工作，这就使得氢燃料电池汽车无法在频繁冷启动的期间得到有效保护，很难步入实用。
中国科大微尺度国家研究中心的路军岭教授团队设计了一种Fe1(OH)x-Pt单位点界面新型催化剂结构（图2）， 该新型催化剂能够在198-380开尔文（约合-75℃-107℃）的宽温度范围内100%选择性地高效去除氢燃料中的微量一氧化碳。因此，该新型催化材料，可以为氢燃料电池在频繁冷启动（即使在极寒条件下）和连续运行期间（~80℃）提供全时保护，避免氢燃料电池受一氧化碳中毒。
“这些发现可能会大大加速氢燃料电池汽车时代的到来，”路教授说。
“我们的最终目标是开发具有高活性和选择性的、且更加经济型的富氢氛围一氧化碳优先氧化催化剂，既可以提供机载燃料电池的全时保护，也可以为工厂高纯氢气制备提供有效手段”路教授补充到。
一位审稿人评论说：“与文献报道的其它催化剂体系相比，这种倒置型单原子催化剂在富氢氛围一氧化碳优先氧化反应中的活性，选择性和稳定性方面均表现最佳。”
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Nature