氢燃料是化石燃料最有希望的清洁和可持续替代品之一，而廉价、高效的燃料电池和水电解槽将成为氢燃料经济的基石。这些设备依靠电催化剂来工作，因此开发高效低成本的催化剂对于使氢燃料成为可行的替代品将至关重要。据外媒报道，近日，阿尔托大学的研究人员开发了一种新型催化剂材料来改善这些技术。
据了解，氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）是最重要的电化学反应，这限制了氢燃料电池的效率、水电解槽和高容量金属空气电池。
阿尔托的科学家与法国CNRS和奥地利维也纳的研究人员合作，开发了一种新型催化剂，该催化剂比目前其他双功能催化剂更有效地驱动这些反应。通过对催化剂沉积材料的选择，新催化剂的电催化活性会发生显著变化。
领导这项工作的阿尔托研究员穆罕默德·塔瓦科利博士说：“我们希望用由过渡金属、碳和氮等廉价和富含地球的元素组成的高活性、稳定的替代品来取代基于贵铂和铱的昂贵且稀缺的传统催化剂。”
阿尔托团队与CNRS合作，生产了一种高度多孔的石墨烯-碳纳米管混合物，并在其中掺入了其他它已知元素的单个原子，制成了良好的催化剂。石墨烯和碳纳米管分别是单原子厚的二维和一维碳同素异形体，比传统材料有更优异的性能。
据悉，他们开发了一种简单且可扩展的方法来同时生长这些纳米材料，并将其特性组合在一个产品中。在这一步工艺中，他们还可以用氮或钴和钼的单原子掺杂石墨烯，作为生产单原子催化剂的有前途的策略。
与制造单原子催化剂的竞争对手策略相比，阿尔托＆CNRS团队使用的方法更简单，一步到位，降低了成本。