韩国能源技术研究院用“一氧化碳”生产燃料电池催化剂

by Jeong Ilwoong

Published 27 Nov.2025 10:49(KST)

利用一氧化碳生产燃料电池催化剂的技术已在国内开发成功。

韩国能源技术研究院（KIER）27日表示，氢燃料电池研究室研究团队由 Park Gugon、Kwon Yongmin、Lee Eunjik 博士带领，开发出一种利用对人体有害的一氧化碳，更加简单、快速地生产“核壳（Core-shell）催化剂”的技术。

（上排自左起顺时针）Im Iksung 学生研究员、Hwang Youngju 博士后研究员、Lee Eunjik 责任研究员、Park Gugon 责任研究员、Kwon Yongmin 高级研究员、Choi Jiye 学生研究员、Jung Seoyeon 学生研究员、Lee Dohun 学生研究员、Choi Ahyun 学生研究员、Han Jungmin 学生研究员。韩国能源技术研究院提供

核壳结构是指将构成催化剂的内核和外壳分别由不同金属制成，对燃料电池的经济性起决定性作用。一般来说，内核（Core）采用低价金属，外壳（Shell）则采用能够促进燃料电池反应的铂。利用核壳结构，可以在仅使用少量昂贵铂金的情况下维持性能，从而提高燃料电池的经济性。

为了制备高性能的核壳结构，需要在内核表面精确镀覆约0.3微米厚度的外壳。为此，通常采用在内核上先铺一层薄薄的低价金属铜，再在其上沉积铂的“欠电位铜沉积法（Copper Underpotential Deposition，Cu-UPD）”。

但在 Cu-UPD 方法中，需要在将铜镀覆到原子层水平的过程中进行极其精细的电压控制，并额外增加去除金属表面氧化物层的工序，同时还需要使用单独的还原剂。因此，在大规模生产时工艺复杂、生产时间延长的问题随之出现。

研究团队为解决这些问题，利用了一氧化碳强吸附力这一特性。通过一氧化碳的氧化-还原反应，开发出“利用一氧化碳吸附诱导沉积法（CO Adsorption-Induced Deposition，CO AID）”，在无需传统方法中要求的额外工序和还原剂的情况下即可实现对金属的精密镀覆，其核心在于将工艺时间缩短至现有工艺的约十分之一。

此外，团队还成功实现了先将一氧化碳以单分子层形式吸附到内核金属表面，再在该分子层上选择性还原铂颗粒，从而在约0.3微米厚度范围内对金属进行精确调控。

研究团队表示，利用这一技术，至少可在30分钟、最长不超过2小时（现有工艺需24小时以上）内合成1千克级别的核壳催化剂。

在实际应用中，研究团队基于该技术制备了在钯、金、铱等金属上镀覆薄层铂的核壳结构催化剂，其中以钯为基础的铂核壳催化剂，相较目前作为燃料电池标准催化剂的商用铂/碳催化剂（Pt/C），其氧还原反应（ORR）活性提高了2倍，耐久性提升了1.5倍。

Park Gugon 博士表示：“本研究是从将一氧化碳的有害性转化为‘纳米级薄膜控制工具’这一思路出发而展开的。这一成果提出了在原子尺度上精确控制物质的新合成范式，并且大幅缩短了工艺时间，从而提高了商业化的可能性。”