便宜高效的燃料电池和电解装置都是氢燃料经济的基石，而氢燃料是最有发展前景的清洁可持续能源，可以替代化石燃料。不过，此类设备需要依赖电催化剂材料来工作，因此研发高效、低成本的催化剂对于让氢燃料成为一种可行的替代品至关重要。据外媒报道，芬兰阿尔托大学（Aalto university）的研究人员就研发了一种新型催化剂材料，可以改善此类技术。

（图片来源：阿尔托大学）

氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）是最重要的电化学反应，会影响到氢燃料电池（用于车辆和发电）、水电解槽（用于清洁制氢）和大容量金属空气电池的效率。阿尔托大学的物理学家和化学家与法国国家科学研究中心（CNRS France）以及奥地利维也纳的研究人员合作，研发了一款新型催化剂，与目前所用的双功能催化剂相比，能够更高效地驱动此类化学反应。研究人员还发现，可以大幅改变新型催化剂的电催化活性，主要取决于选择让该催化剂沉积在何种材料上。

阿尔托大学的Mohammad Tavakkoli博士表示：“我们想用地球上储量丰富且便宜的碳和氮等过渡金属制成高活性且稳定的替代催化剂，以取代基于铂和铱等贵金属打造的昂贵且稀有的催化剂。”

（图片来源：阿尔托大学）

在与CNRS的合作中，该团队打造了一种多孔石墨烯碳纳米管混合物，并将其与其他已知元素的单原子混合在一起，以制造良好性能的催化剂。石墨烯和碳纳米管（CNT）都只有一个原子的厚度，分别是二维和一维碳的同素异形体。由于与传统材料相比，性能优异，因此学术界和工业界都对CNT有极大的兴趣。

采用一步法工艺，研究人员将石墨烯与氮和/或金属（钴和钼）单原子掺杂在一起，以生产单原子催化剂（SAC）。在催化科学中，SAC具备分散的金属原子分散在固体载体上，而且因为原子利用效率高以及具备独特性质，引起了广泛的关注。与竞争对手制造SAC的方法相比，Aalto & CNRS团队的方法简单易行，只需一步即可完成，因此可降低成本。

催化剂通常沉积在基底上，此类基底对催化剂最终反应活性的作用通常被研究人员所忽略，不过，在新型催化剂上，研究人员发现基底在确保催化剂的效率方面发挥重要作用。该团队发现，此种材料的多孔结构能够使其接触到更多催化剂活性位点，此类活性位点在催化剂与基底的临界面产生，因此，研究人员研发了一种新型电化学显微镜分析法，测量该界面如何帮助催化反应，以及产生更高效的催化剂。他们希望研究基底对多孔材料催化活性的影响，为合理设计电化学能量设备的高性能电极奠定基础，并为今后的研究提供指导。