摘要：质子交换膜燃料电池（PEMFCs）在重型车辆应用中相较于锂离子电池具有显著的可扩展性优势。重型车辆的不同驾驶行为和运行条件对燃料电池的寿命和效率提出了极具挑战性的要求。

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）在重型车辆应用中相较于锂离子电池具有显著的可扩展性优势。重型车辆的不同驾驶行为和运行条件对燃料电池的寿命和效率提出了极具挑战性的要求。

2025年3月24日，加州大学洛杉矶分校黄昱在国际顶级期刊Nature Nanotechnology上发表了题为《Pt catalyst protected by graphene nanopockets enables lifetimes of over 200,000 h for heavy-duty fuel cell applications》的研究论文，Zeyan Liu、Bosi Peng为论文共同第一作者，黄昱为论文通讯作者。

黄昱，美国加州大学洛杉矶分校教授。1999年本科毕业于中国科学技术大学；2002年和2003年在哈佛大学获得硕士和博士学位；随后前往麻省理工学院从事博士后研究；2006年到加州大学洛杉矶分校执教，担任材料科学与工程系助理教授；2009年获得美国“青年科学家总统奖”。黄昱教授主要从事纳米材料研究，利用生物分子识别材料能力控制材料形态与合成。至今已在Science，Nature，Nat. Mater.，Nat. Nanotechnol.，Nat. Chem.，Nat. Commun.，PNAS，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.等国际权威期刊发表论文260余篇。

在此，研究团队报道了一种用于重型车辆、由科琴炭黑负载的、受石墨烯纳米口袋保护的、孔隙限域且电化学可及的铂纳米催化剂的设计。由这种纳米催化剂制成的膜电极组件实现了0.74 A mgPt-1的初始质量活性和1.08 W cm-2的高额定功率密度，以及卓越的长期耐久性（在经过90000次剧烈的方波循环后，额定功率损失仅为1.1%）。这种在整个运行条件下的出色活性和耐久性，有望实现超过200000小时的创纪录的长燃料电池寿命和71.9%的高峰值效率，使其在新兴的重型燃料电池应用中极具吸引力。

图1：催化剂性能演示和结构表征

图2：燃料电池性能评估

图3：燃料电池效率和寿命预测

图4：测试后催化剂表征

综上，作者研究了一种用于重型车辆的石墨烯纳米口袋保护的Pt纳米催化剂。该催化剂在科琴炭黑上负载，具有孔隙限域和电化学可及性。实验和表征验证了该催化剂在质子交换膜燃料电池中的高性能和卓越耐久性。该研究成功开发了一种新型的Pt基催化剂，其在质子交换膜燃料电池中展现出优异的高峰值效率和极高的预期寿命，远超现有技术，为PEMFCs在重型车辆领域的广泛应用提供了可能。

Liu, Z., Peng, B., Tsai, Y. et al. Pt catalyst protected by graphene nanopockets enables lifetimes of over 200,000 h for heavy-duty fuel cell applications. Nat. Nanotechnol., (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-025-01895-3.

来源：MS杨站长