阻擋氧氣的保護傘

　　在燃料電池的發展過程中，通過一代代科學家和工程師們的共同努力，人們已經獲得一種基于貴金屬的高效穩定的催化劑。在應用方面（如電動汽車），它的性能基本可以滿足需求。然而，稀有貴金屬的高昂成本則大大降低了它普及的可行性。

　　本周《自然化學》雜志上發表的一篇文章里，來自德國波鴻魯爾大學電化學科學中心和皮爾海姆市馬普化學能量轉化研究所的研究者提出了一個新概念來使得催化劑能夠高效地工作同時可能更加廉價。他們通過使用一種緩沖劑來保護燃料電池中催化劑在遭遇惡劣環境時免受傷害，從而提高其利用率。

　　氫化酶，取代鉑？

　　所謂“氫化酶”，是一種使氫氣氧化的生物催化劑，也是一種天然催化劑。氫化酶由生物體利用體內元素生成，也就是說它不依賴任何貴金屬。合成氫化酶可以使氫的催化劑只基于鐵、鎳這些含量豐富的元素。最高效的氫化酶的轉化率可以達到鉑的水平，而它們的組成元素幾乎是無限供應的。“因此，氫化酶是潛在的令人感興趣的貴金屬替代者”，俄羅斯分析化學教授沃爾夫岡·舒曼博士這樣認為。然而，當燃料電池處于某些約束條件下時，氫化酶將會無法工作。氧氣和極端的電位都會致其失活。

　　氧化還原水凝膠，高效敏感催化劑的盾牌

　　即便如此，來自波鴻和米爾海姆的團隊仍致力于尋找新策略——調節敏感催化劑使之適應標準燃料電池的工作條件。這一想法的關鍵是采用阻止失活的保護性基質保護催化劑，避免失活過程發生。科學家們并不使氫化酶直接接觸電極，而是將它固定在氧化還原水凝膠中，這樣利于結構的保護。氧化還原水凝膠既可以用作緩沖劑，又可以用作除氧劑。因此，有了水凝膠薄膜，高電位和氧氣都不會影響生物催化劑了。在工作條件下，水凝膠改進型燃料電池能在幾周內將氫氣中的化學能轉化為電能，而一旦缺乏水凝膠，氫化酶將在幾秒內失效。

　　設計新型燃料電池的重要一步

　　“水凝膠的概念開辟了整合各種其它敏感生物催化劑或人工催化劑的新道路，畢竟這些催化劑的固有穩定性不會有進一步的提高”，馬普化學能量轉化研究所的主任沃爾夫岡·盧比茨教授認為，“這是設計新型燃料電池的重要一步，也將使它們重新走在全球可持續能源產業競賽的前列。”