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鉑納米線燃料電池催化劑

更新日期: 2017-11-05
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        據(jù)外國媒體報(bào)道:燃料電池通過化學(xué)反應(yīng)發(fā)電,一個關(guān)鍵的反應(yīng)是將氧氣與氫氣結(jié)合在一起,同時釋放電子形式的能量,這種轉(zhuǎn)換的速度通常很慢,反應(yīng)過程一般需要催化劑例如鉑金催化劑的參與。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種浸出工藝,通過該工藝可以生產(chǎn)超細(xì)鋸齒鉑納米線,納米線具有非凡的表面活性和高表面積,提供了具有創(chuàng)紀(jì)錄的轉(zhuǎn)換率的催化劑。

新發(fā)現(xiàn)為鉑基催化劑的設(shè)計(jì)提供了新的思路,由此可以顯著減少所需的鉑量,從而大大降低燃料電池的成本。

Rough surfaces provide additional sites for energy-generating reactions in fuel cells

鉑是燃料電池反應(yīng)的至關(guān)重要的催化劑,鉑金的高成本是限制燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。鉑催化劑的效率的量度是質(zhì)量活性,可通過催化活性除以鉑的重量計(jì)算。研究人員必須實(shí)現(xiàn)更高的質(zhì)量活性,以減少所需的鉑使用量并降低燃料電池成本。而提高鉑質(zhì)量活性需要優(yōu)化催化劑的比活性和電化學(xué)活性表面積。

加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的研究人員發(fā)現(xiàn),可以通過熱退火過程將溶液通過納米線合成技術(shù)轉(zhuǎn)化成鉑-鎳合金納米線。團(tuán)隊(duì)接著通過電化學(xué)合金化或浸出將納米線轉(zhuǎn)變成鋸齒狀的鉑納米線。

鋸齒狀納米線表現(xiàn)出每毫克鉑的13.6安培的質(zhì)量活度,這幾乎是先前報(bào)告值的兩倍。反應(yīng)性分子動力學(xué)模擬(一種類型的材料的計(jì)算機(jī)建模)表明,高應(yīng)力,不協(xié)調(diào)的表面結(jié)構(gòu)相較于其他鉑催化劑結(jié)構(gòu)的松弛表面增強(qiáng)了反應(yīng)能力。

項(xiàng)目由美國能源部,基礎(chǔ)能源科學(xué)辦公室(材料合成和表征)的先進(jìn)光源,科學(xué)用戶設(shè)施辦公室支持,還受到了國家科學(xué)基金(電化學(xué)研究和理論計(jì)算);和國家自然科學(xué)基金(掃描透射電子顯微鏡研究)的相關(guān)支持。

參考文獻(xiàn):

M. Li, Z. Zhao, T. Cheng, A. Fortunelli, C.Y. Chen, R. Yu, Q. Zhang, L. Gu, B.V. Merinov, Z. Lin, E. Zhu, T. Yu, Z. Jia, J. Guo, L. Zhang, W.A. Goddard III, Y. Huang, and X. Duan, “Ultrafine jagged platinum nanowires enable ultrahigh mass activity for the oxygen reduction reaction [External link] .” Science, 354, 1414 (2016).

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