为了让燃料电池更便宜，研究人员花了几十年时间寻找低成本的催化剂来取代铂和其他昂贵的金属。
这包括试验三种丰富且相对便宜的材料的不同组合:铁、氮和碳。迄今为止，结果参差不齐。研究人员可以使铁氮碳催化剂耐用或高效，但不能两者兼而有之。
布法罗大学领导的一项新研究可能会提供一个解决方案。在《自然催化》杂志上，研究人员报告了在制造过程中添加氢是如何创造出一种强大而有效的催化剂，其性能接近铂。
这一进展表明，燃料电池技术朝着实现其作为汽车、卡车、火车、飞机和其他重型车辆的无污染电力供应商的潜力迈出了重要的一步。
“多年来，科学界一直在努力平衡这种权衡。我们可以制造低成本的，有效的，但太容易降解。或者我们让它们非常稳定，但它们的性能无法与白金相比。通过这项工作，我们已经朝着解决这个问题迈出了一步，”该研究的通讯作者、工程与应用科学学院化学与生物工程系教授吴刚博士说。
这项工作建立在Wu之前的研究基础上，他描述了铁-氮-碳催化剂，虽然耐用，但在加速燃料电池内重要的化学反应方面遇到了困难。
这项新研究在一种称为热解的制造过程中解决了这一限制，该过程涉及使用极热的温度来组合材料。
在热解过程中，研究人员在高温室中将四个氮原子与铁结合。然后，他们将这种材料嵌入到石墨烯的几层中，石墨烯是一种坚韧、轻便、柔韧的碳。
通常这一过程是在一个有惰性气体的房间里进行的，比如氩气。然而，这一次，研究人员向室内注入氢气，产生了90%氩气和10%氢气的混合物。
因此，研究人员能够更精确地控制催化剂的组成。具体来说，他们能够将两种不同的铁氮碳化合物(一种含有10个碳原子，另一种含有12个碳原子)放置在支持耐用性和效率的位置。
由此产生的催化剂达到了燃料电池的初始性能，远远超出了美国能源部2025年的目标。它也被证明比大多数铁氮碳催化剂更耐用，接近用于燃料电池的典型低铂阴极。
