阻挡氧气的保护伞

　　在燃料电池的发展过程中，通过一代代科学家和工程师们的共同努力，人们已经获得一种基于贵金属的高效稳定的催化剂。在应用方面（如电动汽车），它的性能基本可以满足需求。然而，稀有贵金属的高昂成本则大大降低了它普及的可行性。

　　本周《自然化学》杂志上发表的一篇文章里，来自德国波鸿鲁尔大学电化学科学中心和皮尔海姆市马普化学能量转化研究所的研究者提出了一个新概念来使得催化剂能够高效地工作同时可能更加廉价。他们通过使用一种缓冲剂来保护燃料电池中催化剂在遭遇恶劣环境时免受伤害，从而提高其利用率。

　　氢化酶，取代铂？

　　所谓“氢化酶”，是一种使氢气氧化的生物催化剂，也是一种天然催化剂。氢化酶由生物体利用体内元素生成，也就是说它不依赖任何贵金属。合成氢化酶可以使氢的催化剂只基于铁、镍这些含量丰富的元素。最高效的氢化酶的转化率可以达到铂的水平，而它们的组成元素几乎是无限供应的。“因此，氢化酶是潜在的令人感兴趣的贵金属替代者”，俄罗斯分析化学教授沃尔夫冈·舒曼博士这样认为。然而，当燃料电池处于某些约束条件下时，氢化酶将会无法工作。氧气和极端的电位都会致其失活。

　　氧化还原水凝胶，高效敏感催化剂的盾牌

　　即便如此，来自波鸿和米尔海姆的团队仍致力于寻找新策略——调节敏感催化剂使之适应标准燃料电池的工作条件。这一想法的关键是采用阻止失活的保护性基质保护催化剂，避免失活过程发生。科学家们并不使氢化酶直接接触电极，而是将它固定在氧化还原水凝胶中，这样利于结构的保护。氧化还原水凝胶既可以用作缓冲剂，又可以用作除氧剂。因此，有了水凝胶薄膜，高电位和氧气都不会影响生物催化剂了。在工作条件下，水凝胶改进型燃料电池能在几周内将氢气中的化学能转化为电能，而一旦缺乏水凝胶，氢化酶将在几秒内失效。

　　设计新型燃料电池的重要一步

　　“水凝胶的概念开辟了整合各种其它敏感生物催化剂或人工催化剂的新道路，毕竟这些催化剂的固有稳定性不会有进一步的提高”，马普化学能量转化研究所的主任沃尔夫冈·卢比茨教授认为，“这是设计新型燃料电池的重要一步，也将使它们重新走在全球可持续能源产业竞赛的前列。”