碳涂层可催化氢燃料电池基本反应

有研究发现氮掺杂、碳涂层的镍阳极可以催化氢燃料电池中的基本反应，其成本远低于目前使用的贵金属。该发现将可以加速扩展氢燃料电池的应用，如汽车等使用高效清洁能源的领域。

目前氢燃料电池需要昂贵的贵金属，如铂，以有效地催化进行发电反应。尽管碱性聚合物电解质膜燃料电池（APEMFC）能够使用非贵金属电催化剂，但它们缺乏替代贵金属基系统所需的性能和耐用性。

燃料电池通过氢氧化反应（HOR）和氧还原反应（OOR）发电。铂金是这两种反应的模型催化剂，因为它能够有效催化，并且在PEM燃料电池的酸性环境中很耐用。

研究人员称最近用非贵金属HOR电催化剂进行的实验旨在克服两个主要挑战：氢结合能过强导致本征活性低，以及金属氧化物形成快速钝化导致耐久性差。

为了克服上述问题，研究人员设计出一种镍基电催化剂，其外壳大小为2纳米，由氮掺杂碳制成。研究的氢燃料电池有一个阳极（氢被氧化）催化剂，该催化剂由一个被碳壳包围的实心镍核组成。当与钴锰阴极（氧气被还原）配对时，所得到的完全不含贵金属的氢燃料电池每平方厘米输出超过200毫瓦。

镍电极表面上氧化镍物质显著减慢了氢氧化反应。该氮掺杂碳涂层用作保护层并增强HOR动力学，使反应更快、更有效。

此外，镍电极上石墨烯涂层防止形成氧化镍，从而大大提高了电极的寿命。这些电极对一氧化碳的耐受性也更强，而一氧化碳会迅速毒化铂。这种新型阳极的使用将大大降低价格，使碱性燃料电池能够在广泛的领域得到应用。

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