氢燃料电池轿车推行的最大阻力在于金属铂的昂扬价格和稀有产值。这种贵重金属关于燃料电池阴极处的氧化复原反响的进行特别重要。在阴极，从聚合物膜透过来的质子、空气中的氧原子、由导线传来的电子，三者结合，构成产品——水。
最近，一组来自LBNL美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室、ANL阿贡国家实验室的化学家和资料学家组成的部队开发出了立异的三维“纳米结构”催化剂，它在催化阳极氧化反响方面的功用超过了惯例的铂-碳微粒催化剂，前所未有，乃至大大超过了美国能源部对该技能估计的在2017年或许到达技能水平。
这种双金属催化剂由铂和镍组成，具有中空、高活性、表里外表尺度大的特色，使得它的功率和本钱都大大优于现在的催化剂产品。
这种催化剂也可在碱性水解槽中作业，将水分裂为氧和氢。依据耗电量凹凸，未来它还或许作为氢气的制备设备。碱性水解槽里边有两个用膜分离开的电极，这两个电极浸没在成分为氢氧化钾的碱性电解液中。研讨者比照测验了新式催化剂和传统铂-碳催化剂在其间的功用后发现，新的催化剂的功用提高了一个数量级。
最近几年，全世界的研讨首要会集在经过合金，将铂同其他更为廉价的金属结合构成合金，在下降催化剂价格的前提下，坚持功用不下降。另一个改善办法是开发中空、笼形、多孔资料，以便在其间参加更少数的贵金属催化剂。领导该项意图来自LBNL实验室的化学家、加州大学伯克利分校教授Peidong Yang说，这种非惯例的几何体结构使得定量地改善物理、化学功用变得愈加便利。
新的双金属纳米“笼子”
Peidong Yang说：“咱们在十年前就开端研讨纳米微粒催化剂的溶解进程。最开端咱们首要重视像铂等单一元素，剖析尺度和形状对催化剂功用的影响。可是跟着研讨的翻开，咱们更为重视双金属催化剂，如铂-镍、铂-铜等。三四年前，我的两个博士后在将铂-镍样本放入溶剂时调查到了意想不到的现象：他们发现该双金属纳米微粒样本在两周后逐步构成了新的形状。
这关于咱们是个意外的收成，可是跟着咱们调查到三维纳米结构结构的外表满满地覆盖着催化位点时，咱们确认发现了一些有价值的工作。”
伯克利的研讨者随后翻阅了现有的文献，发现有ANL实验室的化学家Vojislav Stamenkovic现已做了相当多的关于大容量单晶体催化剂基体的研讨。根据Vojislav的研讨，能够判定双金属资料也会是很有期望的电化学催化剂。所以咱们联系了他，开端了协作。
中空结构
研讨发现，在溶液中的开始资料——固态晶体PtNi3多面领会转变为PtNi中心物质，然后经过内部腐蚀，转变为Pt3Ni纳米结构，氧原子能够从中心经过。PtNi3多面体的棱边由高浓度铂组成，它在后来的Pt3Ni纳米结构中也得到保存。开始的多面体由三个镍原子和一个铂原子构成，终究的纳米结构则正好相反。
Stamenkovic说：“多面体是一种常见的纳米结构类型，多年以来一向用于催化剂研讨。可是咱们的研讨展现了其他解决办法的或许性。经过结构结构，咱们彻底将结构彻底对外翻开，而且除掉了资料内部被沉没的那些只占有体积、却没有功用的原子们。终究依然剩下了数量相当可观的催化位点，它们坐落结构外表的遍地，能够从多个方向挨近。”
溶有氧气的溶剂会引起多面体内部的溶解效应，终究构成了中空十二面体的纳米结构结构。经过升高反响温度，反响时间从两周缩短到12小时。
完成了根本质料的制备后，研讨人员期望验证该资料在燃料电池组内部电化学的苛刻环境下的稳定性，所以他们在纳米结构的铂原子外包裹了一层“保护层”，提高其耐久性。经过在氩气中进行退火热处理，纳米结构的外表产生了一层由铂组成的“保护层”。
Yang说：“咱们猜想是氧原子将纳米镍微粒带到了结构上，氩气的退火效果将铂带到了外表上。”
超高活性催化剂
Pt3Ni结构结构的表里外表均由纳米铂结构组成，它提高了氧化复原反响活性。比较最好的铂-碳催化剂，纳米结构催化剂的质量生机和比生机别离提高了36倍和22倍。新资料现在还没投入实践的燃料电池组进行测验。
Yang说：“比较其他的人工组成中空纳米结构的测验，咱们的做法不需要通电、不需要运用过强的氧化剂，只需在空气中自发进行。铂-镍纳米结构的敞开结构满意了先进纳米点催化剂规划中的一些规律，如高面庞比、好的三维挨近性、更少的贵金属用量等。”
这种新式催化剂大幅减小了铂的用量，下一代的低价格、高功用尾气催化器很有或许从中开发出来。
该催化资料的人工组成进程能够比较容易地完成扩大，满意以克为单位的实践使用场合。重要的是，该办法能够持续推行到别的的合金纳米结构的组成中，如铂-钴合金、铂-铜合金、铂-铼-镍合金和铂-铅-镍合金。
