甚至痕量的氧也可以使加入燃料电池中的分子催化剂失活。因此，该缺点妨碍了在技术相关应用中使用基于丰富金属的这种催化剂，其模拟天然生物催化剂的活性中心。现在，来自波鸿鲁尔大学(RUB)，米尔海姆Max-Planck能源转换研究所和华盛顿太平洋西北国家实验室的一组研究人员能够为这样的催化剂配备一个自我 - 分子氧的防御机制。
稀缺和贵重催化剂的替代品
氢被认为是未来最有希望的能量载体之一。通常，基于贵金属和稀有材料如铂的催化剂用于高效H 2 / O 2驱动的燃料电池。这种昂贵且有限的催化剂材料的有希望的替代物是基于诸如镍和/或铁的丰富金属的分子催化剂，其类似于自然活性中心的高活性氢化酶的模拟物。
氧气损坏
一类有趣的这种分子催化剂是DuBois型配合物。它们的活性中心包含一个中心镍原子，由悬垂的边缘协调。这些催化剂显示出与氢化酶类似的高活性，并且可以改变它们的配体结构以在含水体系中进行催化并允许共价连接到电极表面。“后者对于技术应用特别重要，因为固定化提高了这种燃料电池系统的性能”，正如RUB分析化学教授Wolfgang Schuhmann博士所解释的那样。
这种催化剂的缺点是它们的高氧敏感性，这妨碍了在现有燃料电池系统的技术应用中使用这种材料。然而，类似于氢化酶，可以通过将生物催化剂掺入氧还原聚合物基质中来保护，研究人员现在能够将该保护系统转换为DuBois催化剂。
聚合物诱导自我保护
为了防止氧气，研究人员引入了疏水性和氧化还原活性聚合物作为镍配合物基催化剂的固定基质。将催化剂嵌入聚合物基质中确保形成两个分离的反应层：靠近电极表面的催化活性层和聚合物/电解质界面处的保护层。第一层允许在电极表面有效转化氢，第二层除去界面处的氧气，从而保护活性层免受氧气损害。
电气断开的层
根据Wolfgang Schuhmann的说法，“催化剂本身提供了对氧的保护。为此，催化剂使用来自外聚合物层中氢氧化的电子，然后用于减少催化剂中心的氧气。” 这成为可能，因为显影的聚合物基质将位于外聚合物层中的镍催化剂与电极表面电断开。因此，从外层中的氢氧化中提取的所有电子可用于减少聚合物/电解质界面处的有害氧。
同时，聚合物阻止电子从电极表面的活性氢氧化层转移到保护层。因此，来自有源层的所有电子都被转移到电极并且不用于保护。聚合物/催化剂改性的电极显示出优异的长期稳定性和显着的电流密度，这是强力燃料电池的先决条件。因此，所提出的氢氧化电极是用于开发可持续且成本有效的能量转换系统的有前途的替代方案。
