西北工业大学“氢而易举”团队：破解氢燃料电池“中毒”难题，让国产催化剂领跑新赛道

氢能被称为21世纪的“终极能源”，氢燃料电池则是其核心动力引擎。然而，微量一氧化碳就能让传统铂基催化剂“中毒”，导致电池性能断崖式下跌。如何让燃料电池在工业副产氢、重整氢等复杂气源下依然稳定高效运行，成为制约产业化的“卡脖子”难题。

来自西北工业大学的“氢而易举”创新团队，依托学校在新材料与电化学领域的前沿优势，提出“Zn掺杂导电分子筛限域Ru活性位”的全新催化体系。该设计通过分子筛规则孔道将钌纳米簇或单原子稳定限域，同时利用锌位点优先吸附并转化一氧化碳，从源头构筑“优先吸附—快速转化”的抗毒化新路径，为氢燃料电池植入一颗“抗毒心脏”。

瞄准产业痛点：从“易中毒”到“强抗毒”

当前，我国氢能产业进入快速发展期，但燃料电池催化剂长期面临“贵金属依赖高、抗一氧化碳能力弱、稳定性不足”三大痛点。传统铂钌合金虽能一定程度缓解中毒，但成本居高不下，且在高浓度一氧化碳环境中仍难以持久稳定运行。

“氢而易举”团队另辟蹊径，放弃单纯依靠贵金属合金化的思路，转而利用分子筛的纳米限域效应与锌掺杂的电子协同效应，在降低贵金属用量的同时，实现催化活性与抗毒能力的双重跃升。通过锌掺杂将分子筛电导率提升至10⁻¹—10⁻² S·cm⁻¹，解决了传统分子筛导电性差的问题，使其在电化学反应中高效传输电子；规则孔道则像“纳米牢笼”一样牢牢锚定钌活性中心，抑制其迁移团聚，使催化剂在长期运行中依然保持稳定。

全链条创新：从材料设计到机理突破

项目团队构建了“材料制备—结构表征—性能测试—机理研究”的全链条研究范式。采用溶胶-凝胶、浸渍-还原等精准制备方法，结合X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线吸收精细结构谱等先进表征手段，深入解析催化剂的微观结构与电子特性。通过旋转圆盘电极与单电池测试平台，系统评估催化剂的氢氧化反应活性、抗一氧化碳性能与耐久性，关键指标对标并力争超越国际商用催化剂。

更为重要的是，团队结合原位红外、原位拉曼等谱学技术，首次在限域环境下揭示了锌掺杂、孔道限域与钌电子结构对抗毒性能的协同调控机制。这一机理层面的突破，不仅为当前催化剂提供了设计依据，更为高效经济型氢能转换材料的理性开发奠定了理论基础。

降本增效：助力氢能规模化应用

成本是氢燃料电池大规模推广的关键门槛。与传统铂基催化剂相比，“氢而易举”团队的设计在保证高性能的前提下显著降低贵金属用量，单套催化剂材料成本可大幅下降。该技术不仅可适配高纯氢，更具备耐受工业副产氢中微量一氧化碳的能力，有望降低燃料电池对高纯氢源的依赖，从气源端为产业节省大量成本。

在应用场景上，该催化剂可广泛应用于长途重卡、分布式发电、热电联供等领域，尤其适合我国工业副产氢资源丰富的地区，为氢能“就地消纳、就近利用”提供关键材料支撑。

硬科技助氢能，小材料撬动大产业

“氢而易举”项目充分体现了西北工业大学在硬科技领域“基础研究+工程创新”的融合优势。团队汇聚了材料、化学、电化学等多学科背景的青年科研力量，通过“校—企—研”协同，正加速推动催化剂从实验室走向中试放大与产业验证。

“我们的目标，是让国产氢燃料电池拥有一颗稳定、高效、经济的‘中国心’。”团队负责人表示。随着氢能产业上升为国家战略，低成本、强抗毒的高性能催化剂将成为打通氢能规模化应用“最后一公里”的关键支点。“氢而易举”的创新实践，不仅为我国氢能核心材料自主可控提供了新方案，也为全球氢燃料电池技术路线开辟了全新可能。

团队成员进行电化学测试