突破“铂金瓶颈”！我国科学家开发出铁基燃料电池催化剂

一种新型铁基催化剂有望突破质子交换膜燃料电池（PEMFC）的“铂金瓶颈”，为氢能大规模应用提供关键技术支撑。该成果由中国科学院过程工程研究所与深圳大学联合团队开发，近日发表于《自然》（Nature）杂志。

质子交换膜燃料电池可将氢能直接转化为电能，具有能量转化效率高、启动快、零碳排放等突出优势，是交通动力和分布式供能的重要发展方向。然而，其阴极氧还原反应严重依赖贵金属铂催化剂，导致成本高昂和资源限制，制约了产业化进程。

研究团队创新设计出具有“纳米限域空心多壳层结构”的单原子铁催化剂（CS Fe/N-C）。该结构通过将铁原子精准锚定在碳壳内表面，形成了独特的“内激活-外保护”催化微环境。外层石墨化碳不仅有效调控反应中间体的吸附强度，还显著抑制了有害自由基的生成，解决了非贵金属催化剂稳定性差的共性难题。

先进光谱表征与理论计算表明，该催化剂中铁活性中心呈特定的电子结构和配位环境，打破了传统氧还原反应中间体吸附能的线性关系，从而同时实现了高活性与高稳定性。在实际燃料电池测试中，其功率密度达到0.75 W/cm2，连续运行300小时后性能保持率超过85%，综合性能位居非铂催化剂前列。

该研究不仅展示了一种具有应用潜力的新型铁基催化剂，更为下一代高性能燃料电池催化剂的设计提供了原创性策略，有望加速氢能技术的产业化进程。

--《每日科学》网站（www.sciencedaily.com）