對清潔能源的需求從未如此之高，造成了一場開發新技術以替代化石燃料的全球競賽。這些綠色能源技術中最誘人的是燃料電池。它們使用氫氣作為燃料，清潔地生產電力，可以為從長途卡車到主要工業流程的一切提供動力。然而，燃料電池被核心化學反應中過程中的遲緩所阻礙，限制了效率。
來自德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員發現了新的動力學原理，可以利用鐵基單原子催化劑為這一反應加速。
研究人員開發了一種新的方法來改善燃料電池中化學反應的氧還原部分，在該反應中，氧分子反應后產生水。他們通過一種 “水凝膠錨定策略”做到了這一點，該策略創造了由水凝膠聚合物固定的密集的鐵原子組。找到正確的公式來間隔這些原子，就能產生相互作用，使它們蛻變為氧還原過程的催化劑。
弄清楚這些鐵原子的密度和位置動態，可以在這個反應中釋放出以前從未實現的效率水平，研究人員在最近發表於《自然-催化》的一篇新論文中展示了這些發現。
還原反應可能是大規模部署燃料電池的最大障礙，燃料電池的前景在於，它們的潛在應用幾乎是無限的，例如可以使用廣泛的燃料和原料，為大到公用發電站、小到筆記本電腦的系統提供動力。
全球的學術研究人員正在努力提高燃料電池的能力。這包括UT Austin的其他工程師，他們正在採取各種方法來解決燃料電池發展中的關鍵問題。
科克雷爾學院沃克機械工程系的材料科學副教授Yu Guihua說：”用清潔和可再生能源取代化石燃料，以解決困擾我們社會的主要問題，如氣候變化和大氣污染，是最重要的。燃料電池一直被認為是一種將化學能轉化為電能的高效和可持續的技術；然而，它們受到陰極氧還原反應遲緩的動力學的限制。我們發現，催化劑原子之間的距離是下一代燃料電池效率最大化的最重要因素”。這些發現可以應用於包括電催化反應的任何場景，這包括其他類型的可再生燃料，以及無處不在的化學產品，如酒精、含氧化合物、合成氣和烯烴。