解决气候变化问题迫在眉睫，因此开发可持续替代能源比以往任何时候都更加重要。虽然质子交换膜燃料电池(PEMFC)在能源生产方面显示出巨大的前景，特别是在运输行业，但其耐用性和成本长期存在问题。

一个西方研究团队已经解决了这个问题，采用了一种新型钴改性纳米材料，使质子交换膜燃料电池更加坚固、易于采购且环境可持续，在耐久性测试中，经过20,000次循环后，效率仅损失了2%。

这种新型纳米材料用于增强氧还原反应(ORR)，即在燃料电池中形成水的过程，从而允许更高的电流以更有效地发电。钴改性纳米材料还减少了构建这些燃料电池对铂的依赖。铂金是一种昂贵的贵金属，主要在南非开采，每年仅生产几百吨。

Tsun-Kong(TK)Sham、Xueliang(Andy)Sun、AliFeizabadi及其在西方化学和西方工程系的合作者在《物理化学杂志C》上介绍了新型钴改性ORR催化剂。

加拿大材料和同步辐射研究主席Sham表示：“尖端方法，包括将铂与其他过渡金属合金化以及制作核壳结构，通过减少燃料电池对铂的需求，同时保持卓越的催化活性，提供了令人兴奋的可能性。”以及该研究的资深作者。“但是，尽管取得了重大进展，但由于本质上不稳定的结构，这些催化剂的致命弱点仍然是耐久性。”

Sham和Sun团队使用一种称为“钴掺杂”的方法来修饰铂钯核壳纳米粒子的表面和近表面区域。

“掺杂是将极少量的特定外来原子引入纳米粒子的晶体结构中以改变其电子特性的做法。这些外来原子被称为掺杂剂，”Sham研究小组的前研究分析师费扎巴迪说。该研究的主要作者。

新型钴掺杂纳米粒子表现出卓越的稳定性，在经过“艰苦”的20,000次加速耐久性测试循环后，初始活性仅损失了2%，该测试用于在受控实验室环境中更深入地了解催化剂的降解机制。

“这凸显了钴在增强催化活性和增强催化剂结构完整性方面的显着作用，”开发新X射线光谱技术的全球领导者Sham说。

为了更好地了解催化剂的行为和成分，研究小组使用加拿大光源(位于萨斯喀彻温大学的加拿大国家同步加速器光源设施)的硬X射线微分析光束线研究了新型纳米颗粒。

该研究还在伊利诺伊州莱蒙特的先进光子源和光子源对纳米颗粒进行了分析。

“这些钴掺杂纳米颗粒作为高效、持久的ORR催化剂具有巨大的前景，代表着燃料电池技术领域的重大进步，”西部工程教授兼纳米材料和清洁能源领域的领先专家孙说。

“这种综合方法为催化剂的行为和结构提供了新的线索，使我们离可持续能源解决方案又近了一步。”

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