由氢燃料电池提供动力的汽车基本只排放水蒸气，具有可持续性。但是，这需要使用由铂等贵金属制成的催化剂，这些金属的储量少、价格高。据外媒报道，加州大学洛杉矶分校（UCLA）与加州大学欧文分校（UC Irvine）的研究人员共同设计了一种新催化剂，可提供较高的性能和稳定性，同时降低铂使用量。
（图片来源：UCLA）
这项新技术采用铂钴合金的微型晶体，将每个晶体嵌入由石墨烯制成的纳米袋中。石墨烯是由碳原子构成的二维材料，只有一层原子厚度。受益于石墨烯纳米袋的非接触外壳，该催化剂在苛刻的超低PGM负载（0.070 mgPGM cm–2）下表现出良好的电化学可及性和出色的耐用性。
这种由石墨烯纳米袋包裹的铂钴纳米催化剂（PtCo@Gnp）可用于燃料电池，具体优点如下：催化活性提高75倍；功率提高65%；在燃料电池预期寿命结束时，催化活性提高约20%；经过6000-7000小时的模拟测试，功率损耗减少约35%，超过首次达到5000小时的目标；每辆车的铂使用量减少近40%。
加州大学洛杉矶分校萨穆埃利工程学院（UCLA Samueli School of Engineering）材料科学与工程系的Yu Huang教授表示：“研究人员找到了可使较小粒子更加稳定的东西，其效果远超预期。”
现在，在全球的铂及类似金属供应总量中，有一半是用于化石燃料驱动车辆的催化转换器，每辆车需要约2-8克铂。就目前的氢燃料电池技术而言，每辆车使用大约36克。相比之下，这项研究的测试结果显示，在最低铂负载下，每辆氢动力汽车只需要6.8克铂。
研究人员将铂钴合金催化剂分解成平均3纳米长的颗粒。颗粒更小，意味着表面积更大，发挥催化活性的空间更多。然而，这些较小颗粒的耐用性不足，因为它们往往会从表面脱落或聚集成更大的粒子。为了解决这一问题，研究人员将催化剂颗粒包裹在石墨烯纳米袋内，以防止颗粒迁移。同时，每个催化剂纳米颗粒周围留有大约1纳米的微小间隙，这意味着可以发生关键的电化学反应。
此外，研究人员构建了一个预测铂基合金催化活性和耐久性的模型，可用于指导催化剂设计，在同类研究中尚属首次。该团队致力于将实验结果转化为实用技术，并为绿色能源和可持续发展做出贡献。
