對清潔能源的需求從未如此之高，造成了一場開發(fā)新技術以替代化石燃料的全球競賽。這些綠色能源技術中最誘人的是燃料電池。它們使用氫氣作為燃料，清潔地生產(chǎn)電力，可以為從長途卡車到主要工業(yè)流程的一切提供動力。然而，燃料電池被核心化學反應中過程中的遲緩所阻礙，限制了效率。

來自德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了新的動力學原理，可以利用鐵基單原子催化劑為這一反應加速。

研究人員開發(fā)了一種新的方法來改善燃料電池中化學反應的氧還原部分，在該反應中，氧分子反應后產(chǎn)生水。他們通過一種 "水凝膠錨定策略"做到了這一點，該策略創(chuàng)造了由水凝膠聚合物固定的密集的鐵原子組。找到正確的公式來間隔這些原子，就能產(chǎn)生相互作用，使它們蛻變?yōu)檠踹€原過程的催化劑。

弄清楚這些鐵原子的密度和位置動態(tài)，可以在這個反應中釋放出以前從未實現(xiàn)的效率水平，研究人員在最近發(fā)表于《自然-催化》的一篇新論文中展示了這些發(fā)現(xiàn)。

還原反應可能是大規(guī)模部署燃料電池的最大障礙，燃料電池的前景在于，它們的潛在應用幾乎是無限的，例如可以使用廣泛的燃料和原料，為大到公用發(fā)電站、小到筆記本電腦的系統(tǒng)提供動力。

全球的學術研究人員正在努力提高燃料電池的能力。這包括UT Austin的其他工程師，他們正在采取各種方法來解決燃料電池發(fā)展中的關鍵問題。

科克雷爾學院沃克機械工程系的材料科學副教授Yu Guihua說："用清潔和可再生能源取代化石燃料，以解決困擾我們社會的主要問題，如氣候變化和大氣污染，是最重要的。燃料電池一直被認為是一種將化學能轉(zhuǎn)化為電能的高效和可持續(xù)的技術；然而，它們受到陰極氧還原反應遲緩的動力學的限制。我們發(fā)現(xiàn)，催化劑原子之間的距離是下一代燃料電池效率最大化的最重要因素"。這些發(fā)現(xiàn)可以應用于包括電催化反應的任何場景，這包括其他類型的可再生燃料，以及無處不在的化學產(chǎn)品，如酒精、含氧化合物、合成氣和烯烴。