據外媒報道，《納米研究》(Nano Research)雜志上發表上一篇論文顯示，研究人員設計了一種方法，將高成本的鉑和低成本的稀土元素鑭結合為合金，用作下一代燃料電池的催化劑。這將有助于提高電池性能并降低成本，使重型運輸車輛(不太適合使用電池)更容易脫碳。
燃料電池可以將氫的化學能轉化為電能，為車輛和其他機器提供動力，所產生的副產物只有水和熱量。要提高相關電化學反應的效率，從而降低燃料電池的成本，使其比使用化石燃料更具競爭力，關鍵在于找到更好的催化劑，即加速這些反應的材料。
在所有可能促成關鍵化學反應(氧還原反應或ORR)的“電催化劑”中，鉑是迄今為止最好的。然而，鉑是一種成本較高的稀有金屬，使其在燃料電池(尤其是質子交換膜燃料電池)中的應用受到影響。更為嚴重的是，在具有高度腐蝕性的PEMFC環境中，這種電催化劑經過較少的循環次數就會迅速降解。
這篇論文的作者之一、中國科學院長春應用化學研究所的電化學家朱思遠表示：“研究人員致力于尋找一種低成本、更耐降解的電催化劑，以在更長的時間內保持穩定，提供卓越的電流密度。”
為了降低電催化劑成本，研究人員主要考慮將鉑與其他成本更低的金屬合金化，以減少鉑的使用量，同時協助甚至提高鉑的催化性能。到目前為止，與鉑合金化的主要選項是后過渡金屬(late transition metal)，即在元素周期表中位于過渡金屬(其左)和準金屬(其右側)之間的金屬。然而，在惡劣、腐蝕性的PEMFC環境中，已證明后過渡金屬也會溶解。這不僅導致電池性能持續下降，而且溶解的金屬會進一步與氧還原反應的副產物發生反應，對整個系統造成不可控的損害。
使用前期過渡金屬(early transition metal，元素周期表中第3副族至第7副族中的所有過渡金屬元素，包括鑭系和錒系元素)，如釔和鈧，則要穩定得多。理論計算表明，到目前為止，鉑和這兩種前期過渡金屬形成的合金是最穩定的。
在前期過渡金屬中，稀土元素一直未得到足夠重視。實際上，稀土元素在地殼中很常見，對提升催化劑的電化學活性非常有利。因此，使用稀土元素與鉑構成合金，問題不在于成本，而是其在酸性介質中的導電性和溶解度較差。
研究人員為此設計了一種方法，利用鉑和稀土元素鑭來制備合金。這項技術只需兩步即可完成。首先，研究人員獲得現成的鑭鹽和苯三甲酸(trimesic acid)，使這兩種前體材料自我組裝成納米“棒”。然后，在900°C下用鉑來浸漬這些納米棒。高溫可以確保這兩種金屬順利完成合金化過程。
研究人員在燃料電池中進行壓力測試，以驗證所生成的鉑-鑭納米顆粒的性能。結果顯示，這種合金電催化劑超出預期值，即使經過3萬次燃料電池循環后，仍具有優異的穩定性和活性。
研究人員希望，以后嘗試使用其他稀土元素與鉑構成合金，并測試其是否能超過鑭的電催化性能。
