在行駛過程中不排放二氧化碳的電池動力電動汽車即將成為主流。如今，它們在全球道路上的車輛總數中佔比不到 1%，但電池成本和壽命等方面的多項創新使得價格具有競爭力，特斯拉對其售價 35,000 美元的 Model 3 的預訂量已超過 40 萬輛，該車型預計將於 2018 年年中上市。
不幸的是，另一種不排放碳的汽車的希望——氫燃料電池汽車——由於價格過高，仍然難以實現廣泛銷售。（豐田 Mirai 的製造商建議零售價為 57,500 美元。）然而，許多實驗室和企業決心透過更換燃料電池中最昂貴的元件之一：催化劑來降低成本。許多商用燃料電池催化劑都含有貴金屬鉑，鉑除了價格昂貴外，還過於稀有，無法在汽車中普及使用。
研究人員正在採取多種方法來減少鉑含量：更有效地利用鉑、用鈀（效能相似且價格稍低）替代部分或全部鉑、用廉價金屬（如鎳或銅）替代任何一種貴金屬，以及完全放棄金屬。商用催化劑往往由沉積在碳膜上的薄層鉑奈米粒子組成；研究人員還在測試替代基底。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保關於當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
石溪大學的 Stanislaus S. Wong 與布魯克海文國家實驗室的 Radoslav R. Adzic 密切合作，他們是領導這項工作的其中之一。例如，他和他的同事將相對少量的鉑或鈀與較便宜的金屬（如鐵、鎳或銅）結合起來，產生了許多合金品種，其活性遠高於商用催化劑。Wong 的小組將這些金屬製成了超薄一維奈米線（直徑約為 2 奈米）。這些奈米線具有較高的表面積與體積比，從而增加了催化反應的活性位點數量。
當然，無鉑催化劑是理想的。關於它們的研究更新但也很活躍。例如，在 2016 年底，韓國蔚山國立科學技術研究院（UNIST）的 Sang Hoon Joo 報告說，一種摻雜鐵和氮的碳奈米管催化劑具有與商用催化劑相當的活性。此外，凱斯西儲大學的戴利明和他的同事們發明了一種完全不使用金屬的催化劑；它是一種摻雜氮和磷的碳泡沫，其活性與標準催化劑相當。
Wong 指出，發明和製備具有優異催化活性的材料只是挑戰的一部分。研究人員還在努力擴大現有的實驗室生產方法，以確保最佳候選材料的活性和耐久性的一致性。在他們努力的各個階段，實驗人員都得到了理論家的幫助，他們應用複雜的計算機模型來計算各種變數如何影響效能——從金屬奈米粒子的化學成分、尺寸和形狀到支撐結構的詳細架構。Wong 說，這種合作應該有一天能夠合理設計出用於經濟實惠的燃料電池汽車的優質催化劑。
當然，可持續交通系統的目標不僅要求駕駛過程中實現零碳排放，還要求燃料（無論是電力還是氫氣）的生產和分配過程中實現零碳排放。這個更大的挑戰仍然存在。