碱性燃料电池单原子催化剂的大规模合成方法

碱性燃料电池 (AFC) 将氢和氧的化学能转化为电能，同时只产生副产品水。这使它们成为极具吸引力的下一代环保能源。虽然铂催化剂通常用于碱性燃料电池，但它们价格昂贵，并且在用于碱性燃料电池时还面临稳定性方面的挑战。因此，在碳载体上形成的单原子催化剂 (SAC) 正成为有希望的候选者，作为替代的下一代催化剂。然而，由于这些单原子催化剂的制造过程中通常采用复杂的合成方法，这些单原子催化剂的商业化很困难。需要这些复杂的过程来防止金属原子的结合，

由韩国科学技术研究院功能复合材料研究中心的 Nam Dong Kim 博士(KIST，Seok-Jin Yoon 院长)和氢燃料电池研究的 Sung Jong Yoo 博士领导的研究团队进行的工作在中心，电弧被用来生产高性能的钴基单原子催化剂。在这里，主要用于电焊的电弧的新用途导致了一种原创技术的发展，该技术可以以商业规模(10 g/ H)。

研究表明，所开发的催化剂的氧还原能力是传统铂催化剂的两倍以上，耐久性是传统铂催化剂的 10 倍以上。当应用于实际燃料电池时，这些钴基单原子催化剂的性能也明显优于现有的钴基催化剂。

这项研究的重点是通过使用电弧将元素分解成原子态，然后在电弧内进行随后的高能态复合。将选定的金属和碳材料混合后，使用电弧将金属分解成原子。在复合过程中，这些金属原子填充了高度结晶的纳米碳晶格中的空间，这意味着催化剂可以在没有聚集的情况下合成。结果还表明，这种单原子催化剂合成方法适用于各种过渡金属，包括铂、钴、锰、镍和铁。

KIST 的 Nam Dong Kim 博士解释了这项研究的重要性，他说：“这项研究的主要特点是我们如何能够通过增强碱性燃料电池的功能和耐用性，使用更便宜的催化剂作为昂贵的铂催化剂的替代品下一代的催化剂。”他补充说：“我们预计这些催化剂的应用将超越下一代碱性燃料电池的设计和制造过程，扩展到各种其他电化学转换系统，这将大大有助于建立碳中和和氢经济。 ”