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摘 要：氢燃料电池（固体聚合物燃料电池）利用氢气和氧气产生能量，是实现碳中和的最重要技术之一。然而，目前已投入实际应用的氢燃料电池，其正极所使用的铂基催化剂虽然性能较高，但由于是稀有金属，储量有限，导致了氢燃料电池价格居高不下。因此，为了在社会上广泛应用氢燃料电池，开发一种不使用铂的催化剂至关重要。基于廉价且丰富的碳材料，并具有高耐用性的氮掺杂碳催化剂作为一种有前途的候选而备受关注，但其在燃料电池内部的酸性环境中存在活性显着降低的问题，成为了实用化的障碍。一直以来，研究小组研究了氮掺杂碳催化剂在酸性环境中活性降低的机制，并阐明了反应过程中活性位点的水合是主要因素。此次，研究小组基于这种机制设计了催化剂，成功开发了一种氮掺杂碳催化剂，该催化剂即使在酸性环境中也具有接近铂基催化剂的电压特性和高电流特性。由此获得的正极催化活性在无金属催化剂中是世界最高水平。此外，该催化剂的长期耐用性在非铂基催化剂中也处于最高水平。如果能够在燃料电池中应用该正极催化活性，则有望实现商业化。
关键字：氢燃料电池、非铂基催化剂、氮掺杂碳催化剂、无金属正极催化剂、固体聚合物燃料电池
目前已经商业化的氢燃料电池正极采用了高性能铂基催化剂，但铂价格昂贵，地球上的储量极为有限。因此，开发一种无铂催化剂对于未来氢燃料电池的广泛应用至关重要。氮掺杂碳催化剂因其高耐用性和低成本而成为强有力的选项之一。
然而，虽然氮掺杂碳催化剂在碱性环境中表现出了高活性，但由于实际的燃料电池使用酸性质子透过膜，因此在酸性环境中催化活性降低的事实一直是实用化的障碍。一直以来，研究小组研究了氮掺杂碳催化剂在酸性环境中活性降低的机制，并阐明了反应过程中活性位点的水合可能是主要因素。
也就是说，为了提高酸性环境中的活性，重要的是防止活性部位的水合。然而，如果活性部位附近的疏水性增加，则难以将反应所需的质子提供给活性部位。
因此，本研究通过在活性位点附近引入负责质子传导的微粒，试图制备出一种可以在不改变疏水性的情况下提供质子的结构。