氫燃料電池通過在催化劑的幫助下將氫和氧結(jié)合起來，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。由于反應(yīng)的唯一副產(chǎn)品是水，因此它們提供了高效且環(huán)保的動力源。

鉑是用于這些燃料電池的最廣泛使用的催化劑，但是其高成本對于氫燃料電池的商業(yè)化而言是一個大問題。為了解決這個問題，通常通過將鉑的微小納米顆粒裝飾到便宜的碳載體上來制備商業(yè)催化劑，但是該材料的較差的耐久性極大地降低了當(dāng)前燃料電池的壽命。

先前的研究表明，石墨烯由于其耐腐蝕性，高表面積和高導(dǎo)電性而可以成為燃料電池的理想載體材料。但是，迄今為止，大多數(shù)實驗中使用的石墨烯都包含許多缺陷，這意味著尚未實現(xiàn)預(yù)期的改進電阻。

這項研究中描述的技術(shù)可以在一鍋合成中生產(chǎn)出裝飾有鉑納米粒子的高質(zhì)量石墨烯。該方法可以擴大規(guī)模以進行大規(guī)模生產(chǎn)，從而將石墨烯基催化劑用于廣泛的能源應(yīng)用。

UCL電化學(xué)工程教授Dan Brett教授說：“在不損害環(huán)境的情況下滿足全球能源需求是現(xiàn)代的巨大挑戰(zhàn)之一。氫燃料電池可以提供更清潔的能源，并且已經(jīng)在某些汽車中用作汽油或汽油的替代品。然而，阻礙其廣泛商業(yè)化的一大障礙是催化劑能否承受其在能源應(yīng)用中所需的廣泛循環(huán)。我們已經(jīng)表明，通過使用石墨烯代替典型的無定形碳作為載體材料，我們可以制造出超耐用的催化劑。”

研究人員通過一種基于美國能源部(DoE)推薦的測試，即加速應(yīng)力測試，來證實石墨烯基催化劑的耐久性。加速應(yīng)力測試故意在短時間內(nèi)在多個周期內(nèi)對催化劑快速施加應(yīng)力，從而使科學(xué)家能夠評估新材料的穩(wěn)定性，而不必在幾個月或幾年的時間里將其用于運行中的燃料電池中。

科學(xué)家利用這些測試表明，與商用催化劑相比，新開發(fā)的石墨烯基催化劑在相同測試期間的活性損失降低了約30%。

耿明安博士 來自倫敦大學(xué)學(xué)院的學(xué)生和研究的主要作者說：“能源部為燃料電池的耐用性設(shè)定了測試和目標，其中一項加速應(yīng)力測試用于模擬正常操作條件，而另一項模擬在啟動和關(guān)閉燃料電池時所經(jīng)歷的高壓。石墨烯領(lǐng)域的大多數(shù)研究僅使用推薦的測試之一進行評估，但是，由于我們在材料中使用了高質(zhì)量的石墨烯，因此我們設(shè)法在長期測試和長期測試中都實現(xiàn)了高耐久性。對于這些材料的未來商業(yè)化非常重要。我們期待將我們的新型催化劑應(yīng)用于商業(yè)技術(shù)，并實現(xiàn)更長壽命的燃料電池的優(yōu)勢。”

石墨烯由排列成六邊形晶格的單層碳原子制成。盡管石墨烯的結(jié)構(gòu)相對簡單，但人們認為它具有出色的性能，包括高電導(dǎo)率，高透明度和高柔韌性。

倫敦瑪麗皇后大學(xué)可再生能源講師帕特里克·庫倫博士說：“多年來，石墨烯一直受到大肆宣傳，并且該材料的應(yīng)用前景廣闊。然而，研究界仍在等待為了充分發(fā)揮其潛力，這導(dǎo)致人們對這種提議的“奇妙材料”產(chǎn)生了消極的看法，許多石墨烯研究都使用有缺陷的石墨烯這一事實并沒有幫助，我們希望本文能夠恢復(fù)對石墨烯的信心，并表明這種材料在現(xiàn)在和將來都具有改進技術(shù)的巨大潛力，例如燃料電池。”