為謀求更好的、更便宜的方法來存儲和利用能源，鉑等貴金屬發(fā)揮了重要的作用。它們作為催化劑推進了最高效的燃料電池，但它們是昂貴的和稀有的。

現(xiàn)在，一種用于燃料電池的非金屬催化劑替代品已經(jīng)出現(xiàn)。在7月15日發(fā)表在ACS中央科學的研究報告中，一隊來自威斯康星大學麥迪遜分校的化學家介紹了一個使用分子催化劑系統(tǒng)替代固體催化劑的新方法。雖然分子催化劑以前就被探索過，但較早的例子比傳統(tǒng)的鉑催化劑效率低得多。

燃料電池通過在兩個不同的電極反應使氫氣和氧氣發(fā)生反應將化學能轉(zhuǎn)化為電能。催化劑使該反應更有效。

威斯康星大學麥迪遜分校的化學教授Shannon Stahl和實驗室研究員James Gerken從組里以前關(guān)于化工行業(yè)氧氣應用的催化劑的工作中獲得靈感。他們注意到這些有氧氧化反應和燃料電池中的氧反應之間有驚人的相似，并決定看看他們是否可以將類似的方法應用到燃料電池中。

該新型催化劑是由叫做nitroxyls和氮氧化物分子的混合物構(gòu)成。這些分子伙伴配合默契;其中一個與電極能很好的反應而另一個能與氧氣有效反應。

“雖然此前這種催化劑組合在有氧氧化反應中已經(jīng)被使用過，但我們不知道這是否會是一個很好的燃料電池催化劑。”Stahl說，“事實證明，這是迄今報道的最有效的分子催化劑體系。”

由于該方法涉及氣體、液體和固體之間的化學反應，所以從概念發(fā)展到示范是個不小的壯舉。在進行模型系統(tǒng)測試之前，Gerken花了幾個月的時間研究和優(yōu)化他們設想安裝的設備的每個組件。

“這項工作表明，分子催化劑首次的效率能接近鉑。”Gerken說，“并且分子催化劑的好處是，你可以繼續(xù)修改其結(jié)構(gòu)，以進一步實現(xiàn)更高的效率。”

這項工作是由美國能源部通過分子電催化中心，能源前沿研究中心支持的。Stahl和Gerken相信該中心可以在各種化學學科間促進交叉研究，并未該領域的未來進步開辟道路。