Водород (H2) топливные элементы реагирует H2 и кислород (O2) газы, чтобы произвести энергию. Для этого, чтобы произойти, необходимы несколько связанных химических реакций, два из которых требуют катализаторов.
Первый шаг должен произвести эти два газа отдельно. Наиболее распространенный способ сделать, который должен сломаться или «разделиться», вода с электрическим током в процессе, названном электролизом.
Затем, топливный элемент должен способствовать окислению H2. Это требует сокращения O2, который приводит к воде. Катализаторы, в настоящее время доступные для этих реакций, тем не менее, или слишком дорогие и требуют слишком много энергии для практического применения, или они производят нежелательные продукты стороны. Так, команда И Цуя в Стэнфордском университете и Джеймсе Джеркене и Шенноне Штале в Висконсинском университете, Мадисон, независимо искала новые материалы для этих реакций.
Группа Цуя работала над первой реакцией, развивая новые кадры пористых материалов для водного разделения. Они особенно использовали землю богатые металлические окиси, которые недороги. Окиси также очень стабильны, подвергаясь реакции в воде в течение 100 часов, значительно лучше, чем, о чем исследователи сообщили для других материалов недрагоценного металла.
На стороне кислородного сокращения Джеркен и Шталь показывают, как система катализатора, обычно используемая для аэробного окисления органических молекул, могла быть поглощена для электрохимического сокращения O2. Несмотря на дополнительные цели, два исследования отличаются в их подходах со Стэнфордской командой, демонстрирующей бурные окисные материалы, в то время как исследователи Висконсинского университета в Мадисоне эксплуатировали преимущества недорогих молекулярных катализаторов без металла.
Вместе эти результаты демонстрируют власть и широту химии в продвижении технологии топливного элемента.