氫燃料電池將氫氣轉化為電能，僅有水蒸氣作為副產品，使其成為吸引人的便攜式電源的綠色替代品，特別是用于車輛。然而，其中一個主要部件的費用阻礙了其廣泛采用。燃料電池依靠由鉑金制成的催化劑，這種催化劑既昂貴又稀缺，但是可以幫助產生電力的反應。

現在，一個由倫敦帝國學院研究人員領導的歐洲團隊已經創造了一種僅使用鐵、碳和氮的催化劑，這些材料既便宜又容易獲得，并可以被用來操作高功率的燃料電池。他們的成果今天（2022年4月25日）發表在《自然-催化》上。

首席研究員、帝國理工學院化學系的Anthony Kucernak教授說。"目前，單個燃料電池的成本中約有60%是用于催化劑的鉑金。為了使燃料電池成為化石燃料汽車的真正可行的替代品，例如，我們需要降低這一成本。現在，更便宜的催化劑設計應該使這成為現實，并允許部署更多使用氫氣作為燃料的可再生能源系統，最終減少溫室氣體排放，使世界走上凈零排放的道路。"

該團隊的創新是生產一種催化劑，其中所有的鐵都以單原子的形式分散在導電的碳基質中。單原子鐵的化學性質與散裝鐵不同，散裝鐵的所有原子都聚集在一起，使其更具反應性。這些特性意味著鐵可以促進燃料電池中所需要的反應，作為鉑金的良好替代品。在實驗室測試中，研究小組表明，單原子鐵催化劑的性能接近于實際燃料電池系統中基于鉑金的催化劑。

除了為燃料電池生產一種更便宜的催化劑外，該團隊開發創造的方法還可以適用于其他工藝的催化劑，如使用大氣中的氧氣作為反應物而不是昂貴的化學氧化劑的化學反應，以及在使用空氣去除有害污染物的廢水處理中。

研究人員開發了一種新的方法來制造一系列單原子催化劑，為實現一系列新的化學和電化學過程提供了機會。具體來說，研究人員使用了一種獨特的合成方法，稱為轉金屬化，以避免在合成過程中形成鐵簇。這一過程應該有利于其他希望制備類似類型催化劑的科學家。