一個既可以從水中產(chǎn)生燃料又可以產(chǎn)生氧化劑，并且當(dāng)開關(guān)被翻轉(zhuǎn)時，將燃料和氧氣轉(zhuǎn)化為電和水的單一設(shè)備，對于陸地、太空和應(yīng)用具有許多好處。從對環(huán)境的低影響到高能量密度，開發(fā)高效的單元化再生燃料電池(或稱為 URFC)多年來一直是研究人員的目標(biāo)。
但要真正做到高效，URFC 需要雙功能催化劑。這意味著，在電解槽模式下，催化劑應(yīng)促進(jìn)水分解成氫氣和氧氣，而在燃料電池模式下，促進(jìn)它們重新結(jié)合成水?，F(xiàn)在，在 Roma B. & Raymond H. Wittcoff 杰出大學(xué)教授 Vijay Ramani 的實驗室工作，一組研究人員發(fā)現(xiàn)了一種出色的氧電極雙功能催化劑。
他們的工作發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。
“與氫電極不同，鉑是一種有效的雙功能催化劑，由于氧還原和氧析出的動力學(xué)緩慢，因此為氧電極確定合適的催化劑非常具有挑戰(zhàn)性，”目前在英特爾工作的 Pralay Gayen 說。是圣路易斯華盛頓大學(xué)麥凱維工程學(xué)院拉馬尼實驗室的博士后研究助理，并擔(dān)任該論文的第一作者。
Ramani 實驗室的博士后研究員 Sulay Saha 和 Gayen 的研究以第一原則為指導(dǎo)——在前往實驗室測試潛在催化劑之前考慮到不同物質(zhì)的基本特性。
該團(tuán)隊與前本科研究員和合著者劉新全一起，最終確定并開發(fā)了 Pt-Pyrochlore，這是一種鉑和釕酸鉛燒綠石的復(fù)合材料，具有很高的雙功能。
“雙功能指數(shù)”是催化劑促進(jìn)反應(yīng)正向和反向的能力的量度。“我們希望該指數(shù)較低，”工程博士生 Kritika Sharma 說。“零，理想情況下。”這種新催化劑的雙功能指數(shù)為 0.56 伏——與報道的其他催化劑相比非常低。在實驗室開發(fā)的 URFC 設(shè)備中使用時，該催化劑實現(xiàn)了 75% 的往返能效 (RTE)，這是此類 URFC 中報告的最高往返效率。
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