盖世汽车讯 氢动力汽车、发电站和便携式充电器都依赖于燃料电池。燃料电池的核心是一种催化剂，它能加速氢气与氧气之间的反应，从而产生电能和水。这类催化剂通常由铂制成，而铂的价格几乎与黄金相当。据外媒报道，来自南部联邦大学（Southern Federal University）的研究人员，与来自斯科尔科沃理工学院（Skoltech，隶属于VEB.RF集团）、俄罗斯科学院西伯利亚分院催化研究所（Institute of Catalysis of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences）及鲍曼莫斯科国立技术大学（Bauman Moscow State Technical University）的同行合作，找到了一种既能降低成本又能提升性能的方法来制造这一关键组件。他们研发出了一种由五种金属组成的合金催化剂，即便在经历10,000次运行循环后，仍能保持其活性。

图片来源：期刊《Journal of Alloys and Compounds》

燃料电池催化剂通常采用铂制造，因为铂是实现该功能的最高效金属，但也是最昂贵的。为了降低成本，人们将铂与其他价格更低廉的金属制成合金。在这项研究中，研究人员使用了五种元素：铂、钯、铜、镍和钴。来自南部联邦大学的化学家们开发出一种简单且可扩展的方法，用于合成均匀分布在碳载体上的微小五元金属纳米颗粒。

然而在实际操作中，此类材料往往会出现不均匀的现象：部分金属仍处于氧化态，且原子分布不均。为了解决这一问题，需要对材料进行热处理。科学家们首次实时观察了合金纳米颗粒在加热至300°C至600°C（572°F至1,112°F）过程中的变化情况。

在不同温度下会产生不同的效应，从而改变催化剂的微观结构和电化学性能。例如，当温度超过400°C（752°F）时，合金开始发生结构重组，其表面出现铂富集现象；由于铂是驱动反应的关键成分，这种富集作用提升了催化剂的效能。

Skoltech研究人员通过计算机模拟证实了铂确实会向纳米颗粒表面迁移：在600°C（1112°F）下，约75%的铂原子最终分布在最外层；相比之下，钯则向颗粒内部迁移。因此，尽管经热处理后的催化剂因颗粒长大导致活性表面积略有减小，但其整体性能反而有所提升。

基于这些发现，研究团队成功制备出一种具有优异电化学性能的新型材料。经350°C（662°F）处理的催化剂表现出极高的稳定性：在经历10,000次循环后，其活性仅下降了22%，而商用铂催化剂的活性则下降了40%。此外，长期测试结果显示，这种新型催化剂的活性是商用基准产品的四倍。

“催化剂的稳定性是开发高性能低温燃料电池的关键因素，”南部联邦大学化学系高级研究员Sergey Belenov表示，“我们的研究表明，构建此类复杂体系不仅具有重要的基础科学意义，而且凭借其高稳定性，在汽车和发电站等领域的商业应用方面也展现出广阔前景。”

这种新型催化剂可应用于车辆、固定式发电站及便携式设备的燃料电池中。

该研究的合著者、材料中心高级研究员Ilya Chepkasov表示：“将实验与计算机模拟相结合，有助于我们确切了解不同金属原子在加热过程中如何于纳米颗粒内部重新分布。我们证明了可以通过控制这一过程来制备具有定制特性的材料。这是迈向更经济、更耐用燃料电池的重要一步。”

相关研究成果已发表在期刊《合金与化合物杂志》（Journal of Alloys and Compounds）上。