我们初中都学过双氧水在二氧化锰催化作用下生成氢气和氧气的过程，同时学习了催化剂的概念。在化学反应里能改变反应物质的化学反应速率，不改变化学平衡，本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂（也叫触媒）。借助于催化剂的作用，可以改变反应途径，缩短反应时间，增加目标产物的选择性等。催化剂就好比中国传统婚姻嫁娶中的“媒人”，尽管一对男女，郎有情妾有意，心意相通，也需要“媒人”来牵线搭桥，促成这桩婚姻。催化剂在化学反应里也有此功效。

在燃料电池领域，科学家们一直探索用廉价的金属代替贵金属作催化剂，金属铁被认为最有希望代替铂作为燃料电池催化剂，但由于铁化学性质活泼，导致其很容易被“伤害”，寿命大打折扣，使燃料电池催化剂非贵金属替代进入了瓶颈。

催化剂与反应好比钥匙与锁的关系，如果催化剂这把钥匙被弄坏了，那就无法开启反应的大门了。因此如何保护催化剂不被破坏就显得尤为重要。但是很多时候在保护催化剂的同时，影响了催化剂的正常工作，也妨碍了反应的正常进行。那怎样才能两者兼顾呢？

中国科学院大连化学物理研究所的科研人员想到了古代士兵作战时的铠甲。士兵们身披铠甲，刀枪不入、所向披靡，坚固的铠甲保证了士兵的持续作战能力。为了保证催化剂不被“伤害”，研究人员给催化剂也穿上了铠甲，他们创造性地将金属铁纳米粒子封装到由石墨烯卷曲形成的豆荚状碳纳米管的管腔中，通过表征可以观察到金属铁的活性电子通过与石墨烯的碳原子相互作用而“穿过”石墨烯，富集在石墨烯外表面的电子直接催化分子氧的还原反应。这样，通过给容易“受伤害”金属铁纳米粒子“穿”上了一副由石墨烯制成的“铠甲”，而铁原子的活性电子犹如士兵的双手一样可以在“铠甲”外自由活动，完成催化氧分子的还原反应，进而实现燃料电池在酸性环境中的稳定运行，显著提高了其在实际运行中的抗伤害能力。

石墨烯“铠甲”催化剂示意图

实验和理论研究进一步证实，包裹纳米金属铁的石墨烯层阻断了反应气体与铁纳米粒子的直接接触，从原理上避免了活性金属铁纳米粒子的深度氧化，以及反应气氛中其它有害组分对催化剂的毒化，从而从根本上解决了纳米金属铁作为燃料电池阴极催化剂的稳定性难题。

在此基础上，研究人员通过合成方法的创新，目前已可以有效控制“铠甲”的种类、厚度、杂原子的含量，以及金属内核的组成、种类、尺寸等关键因素，从而使由石墨烯等二维材料组成的“铠甲”具有不同的催化特性，在许多催化体系如电解水制氢、二氧化碳转化、太阳能电池、锂空气电池、合成气转化等多个能源转化重要领域都有很好的应用前景。相信通过制备技术的进一步优化，穿“铠甲”的催化剂走向实用不再遥远。