韩国研究员开发出一种用于FCEV的单原子钴基催化剂 将性能提高40%

燃料电池电动汽车（FCEV）是一种环保的交通工具，具有充电时间短、续航里程长等优点，或将取代内燃机汽车。然而用作燃料电池催化剂的铂成本过高，导致燃料电池汽车的供应有限。目前对铁、钴等非贵金属催化剂替代铂进行了广泛的研究，但由于非贵金属催化剂的性能和稳定性较低，寻找铂的替代品仍然具有挑战性。

据外媒报道，由韩国科学技术研究院（KIST）氢燃料电池研究中心（Hydrogen Fuel Cell Research Center）的Sung Jong Yoo博士领导的研究小组、庆熙大学（Kyung Hee University）的Jinsoo Kim教授和江原大学（Kangwon National University）的Hyung-Kyu Lim教授进行了联合研究，并宣布开发出一种单原子钴基催化剂，与当代钴纳米颗粒催化剂相比，其性能和稳定性提高了约40%。

图片来源：KIST

传统催化剂通常通过热解合成，其中过渡金属前体和碳在700-1000℃下混合。然而，由于金属聚集和低比表面积，通过该工艺获得的催化剂活性有限。因此，研究人员专注于合成单原子催化剂。然而，先前报道的单原子催化剂只能少量生产，因为所用化学物质和合成方法因合成催化剂类型而各不相同。因此，研究赚点关注催化剂的性能改进而不是制造工艺上。

为了解决这个问题，韩国研究人员使用工业加湿器实施喷雾热解方法，即对从加湿器获得的液滴进行快速热处理从而获得液滴状颗粒。该方法可以通过连续过程实现大规模生产，并且任何金属都可以很容易地制成颗粒。由于这些颗粒是通过工业加湿器制成，因此用于合成金属颗粒的材料会具有水溶性。

经证实，通过该工艺开发的钴基单原子催化剂表现出优异的稳定性和燃料电池性能，与传统钴催化剂相比，性能提高了40%。钴基催化剂也会引起燃料电池的副反应；然而，计算科学表明，通过喷雾热解制造的催化剂会引起燃料电池中的正向反应。

Yo博士澄清说：“通过这项研究，我们已经开发出一种可以显著改善钴基单原子催化剂大规模生产的工艺，并通过仔细分析和计算科学阐明了钴基催化剂的运行机制。此次研究结果有望成为未来钴催化剂研究的指示标。未来，我们计划将研究范围扩大到环境催化剂、水电解和电池领域。”