一、研究背景

　　燃料电池能有效地将氢气和氧气直接转化为电能，催化剂在加速这一过程中起着至关重要的作用。长期以来，铂因其高效性和耐用性一直是氧还原反应的首选催化剂，但其高昂的成本限制了其广泛应用。

　　为了寻找一种更经济实惠的替代品，康奈尔大学的材料科学家Andrej Singer和化学家Héctor Abruña共同领导的研究小组，研究了一种钴锰氧化物催化剂。该研究结果已经在2月7日发表于《自然催化》(Nature Catalysis)中。

　　二、研究过程

　　他们利用康奈尔高能同步辐射光源的先进X射线技术观察了催化剂的作用。这一发现揭示了一种意想不到的结构稳定性，表明这种催化剂有可能成为铂的主要竞争对手。

　　钴锰尖晶石氧化物是一种前景广阔的下一代电催化剂，其氧还原反应活性可与碱性燃料电池中的铂相媲美。尽管其性能令人鼓舞，但了解氧还原反应的催化机理，对于推进和实现低成本碱性燃料电池技术至关重要。科学家们使用多模式原位同步辐射X射线衍射、共振弹性X射线散射，来研究Co-Mn尖晶石氧化物电催化剂的结构和氧化态之间的相互作用。

　　三、研究进展

　　康奈尔大学工程学院材料科学与工程(materials science and engineering in Cornell Engineering)副教授Andrej Singer表示，这些钴锰氧化物在运行过程中可以承受令人惊讶的巨大应变(许多其他材料会永久变形或降解)。目前的电化学表面反应模型无法解释现场数据，显然有一种更复杂的机制在起作用。未来的研究可能会阐明这些机制，并为高性能催化剂材料的开发提供信息。

　　这项研究还发现了一个关键的局限性：虽然这种材料可以从微小、快速的电压变化中反复恢复，但长时间的暴露会引发不可逆的结构转变。这一发现和进一步的建模，正在帮助研究人员更好地界定这种材料的潜在降解点。

　　这项研究汇集了化学家、物理学家和材料科学家，是康奈尔大学更广泛合作的一部分。研究以文理学院(A&S)化学与化学生物学系(Department of Chemistry and Chemical Biology)Emile M. Chamot教授的研究为基础，他作为碱基能源解决方案中心(Center for Alalkaline-based Energy Solutions)主任，一直在探索铂的催化剂替代品。

　　在目前发现的基础上，研究小组计划探索其他双金属氧化物。同时，扩展他们的X射线方法，以研究更广泛的电催化材料。这项研究得到了美国能源部资助的能源前沿研究中心——碱性能源解决方案中心的支持。实验在CHESS高能X射线科学中心进行，该中心由美国国家科学基金会支持。

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