對(duì)清潔能源的需求從未如此之高，造成了一場(chǎng)開(kāi)發(fā)新技術(shù)以替代化石燃料的全球競(jìng)賽。這些綠色能源技術(shù)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(zhǎng)途卡車(chē)到主要工業(yè)流程的一切提供動(dòng)力。然而，燃料電池被核心化學(xué)反應(yīng)中過(guò)程中的遲緩所阻礙，限制了效率。

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

研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的方法來(lái)改善燃料電池中化學(xué)反應(yīng)的氧還原部分，在該反應(yīng)中，氧分子反應(yīng)后產(chǎn)生水。他們通過(guò)一種 "水凝膠錨定策略"做到了這一點(diǎn)，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(lái)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(guò)程的催化劑。

弄清楚這些鐵原子的密度和位置動(dòng)態(tài)，可以在這個(gè)反應(yīng)中釋放出以前從未實(shí)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(yīng)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(yīng)用幾乎是無(wú)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(dòng)力。

全球的學(xué)術(shù)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(lái)解決燃料電池發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題。

科克雷爾學(xué)院沃克機(jī)械工程系的材料科學(xué)副教授Yu Guihua說(shuō)："用清潔和可再生能源取代化石燃料，以解決困擾我們社會(huì)的主要問(wèn)題，如氣候變化和大氣污染，是最重要的。燃料電池一直被認(rèn)為是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的高效和可持續(xù)的技術(shù)；然而，它們受到陰極氧還原反應(yīng)遲緩的動(dòng)力學(xué)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(yīng)用于包括電催化反應(yīng)的任何場(chǎng)景，這包括其他類(lèi)型的可再生燃料，以及無(wú)處不在的化學(xué)產(chǎn)品，如酒精、含氧化合物、合成氣和烯烴。