華盛頓州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種制造燃料電池低成本單原子催化劑的新方法——這一進(jìn)展可以使重要的清潔能源技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上更加可行。
他們的工作發(fā)表在《高級能源材料》雜志上。氫燃料電池對清潔能源經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兊陌l(fā)電效率是污染型內(nèi)燃機(jī)的兩倍以上。他們唯一的浪費(fèi)是水。
然而，用于燃料電池中化學(xué)反應(yīng)的鉑基催化劑的高價(jià)格極大地阻礙了它們的商業(yè)化。研究人員希望用鐵或鈷等非貴金屬代替稀有的鉑。然而，與這些大量可用金屬的反應(yīng)通常會(huì)在短時(shí)間后停止。
"具有高活性和穩(wěn)定性的低成本催化劑對于燃料電池的商業(yè)化非常重要."機(jī)械材料工程學(xué)院(MME)博士后研究員、該論文的共同第一作者施玉榮說。
最近，研究人員開發(fā)了單原子催化劑，這種催化劑與在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用貴金屬一樣有效。研究人員已經(jīng)能夠通過將非貴金屬用作納米水平的單原子催化劑來提高它們的穩(wěn)定性和活性。
在這項(xiàng)新的工作中，由MME教授岳恩林領(lǐng)導(dǎo)的WSU研究團(tuán)隊(duì)使用鐵或鈷鹽和小分子氨基葡萄糖作為前體，在簡單的高溫過程中生產(chǎn)單原子催化劑。該方法可以顯著降低催化劑的成本，并且可以容易地?cái)U(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
他們開發(fā)的鐵碳催化劑比商業(yè)鉑催化劑更穩(wěn)定。它們還保持良好的活性，不會(huì)被污染，這通常是普通金屬的問題。
“這種工藝有很多優(yōu)點(diǎn)，”高溫技術(shù)的第一作者朱成洲說。“這使得大規(guī)模生產(chǎn)變得可行，它使我們能夠增加催化劑上的活性位點(diǎn)數(shù)量并提高其活性。”
林團(tuán)隊(duì)與MME副教授、阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子源、布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室材料表征研究人員合作完成了本項(xiàng)目。
“國家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的材料表征用戶設(shè)施揭示了催化劑的單原子位點(diǎn)和活性部分，這導(dǎo)致了更好的催化劑設(shè)計(jì)，”林說。
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