燃料电池中更有效的全有机催化剂

有机催化剂是寻求廉价和高效材料的突破，用于环境友好地生产燃料电池中的能量。瑞士Umeå大学的物理学家在ACS Nano上发表的一项新研究为生产这些催化剂的关键工艺提供了更好的知识。

世界对能源和原材料的需求不断增长，寻找易于获取且价格低廉的能源应用材料正在推动世界各地的研究团队。例如，基于氢和氧的燃料电池可以以环境友好的方式将存储的化学能转换成电能，因为副产物仅仅是水。为了有效地进行这种转化，燃料电池中的电极含有各种形式的催化剂。

这些催化剂的主要问题是它们目前由铂，钌和其它贵金属的合金制成。这些贵金属不仅非常昂贵，而且稀有且难以提取。因此，寻找其他更容易获得的催化剂的压力非常大，因此大约三年前科学报告称，基于氮掺杂碳纳米管的全有机催化剂可以像铂一样有效地催化氧的分解，显然引起了极大的关注。

从那以后，该领域的研究一直很密集，但是关于在氮原子取代碳纳米管中的碳原子的缺陷处发生的催化过程的机理和效率仍然存在许多问题。普通的“理想”碳纳米管完全由碳原子组成，但实际上大多数材料都有缺陷。例如，可能是在通常应该找到的位置处缺少原子，或者碳原子已被外来原子取代。

“在我们的例子中，我们通过用氮原子取代一些碳原子故意在碳纳米管中产生缺陷。我们这样做是为了在这些具有增加的电子密度的缺陷周围产生局部中心。电子密度的增加导致所需的催化剂属性，“物理系副教授ThomasWågberg说。

该研究表明，某些类型的氮缺陷周围的催化效果远远大于其他类型的氮缺陷。

“我们还表明，可以使用简单的热处理将低效的氮缺陷转化为高效缺陷，”ThomasWågberg说。

研究小组正在研究的类似材料也显示出催化其他过程的巨大潜力，例如将水分解为氧气和氢气的逆向过程，这被称为人工光合作用。