氢燃料电池将氢气转化为电能，仅有水蒸气作为副产品，使其成为吸引人的便携式电源的绿色替代品，特别是用于车辆。然而，其中一个主要部件的费用阻碍了其广泛采用。燃料电池依靠由铂金制成的催化剂，这种催化剂既昂贵又稀缺，但是可以帮助产生电力的反应。
现在，一个由伦敦帝国学院研究人员领导的欧洲团队已经创造了一种仅使用铁、碳和氮的催化剂，这些材料既便宜又容易获得，并可以被用来操作高功率的燃料电池。他们的成果今天（2022年4月25日）发表在《自然-催化》上。
首席研究员、帝国理工学院化学系的Anthony Kucernak教授说。"目前，单个燃料电池的成本中约有60%是用于催化剂的铂金。为了使燃料电池成为化石燃料汽车的真正可行的替代品，例如，我们需要降低这一成本。现在，更便宜的催化剂设计应该使这成为现实，并允许部署更多使用氢气作为燃料的可再生能源系统，最终减少温室气体排放，使世界走上净零排放的道路。"
该团队的创新是生产一种催化剂，其中所有的铁都以单原子的形式分散在导电的碳基质中。单原子铁的化学性质与散装铁不同，散装铁的所有原子都聚集在一起，使其更具反应性。这些特性意味着铁可以促进燃料电池中所需要的反应，作为铂金的良好替代品。在实验室测试中，研究小组表明，单原子铁催化剂的性能接近于实际燃料电池系统中基于铂金的催化剂。
除了为燃料电池生产一种更便宜的催化剂外，该团队开发创造的方法还可以适用于其他工艺的催化剂，如使用大气中的氧气作为反应物而不是昂贵的化学氧化剂的化学反应，以及在使用空气去除有害污染物的废水处理中。
研究人员开发了一种新的方法来制造一系列单原子催化剂，为实现一系列新的化学和电化学过程提供了机会。具体来说，研究人员使用了一种独特的合成方法，称为转金属化，以避免在合成过程中形成铁簇。这一过程应该有利于其他希望制备类似类型催化剂的科学家。