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燃料电池设计者需要把目光从催化剂转移到支撑材料上

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-02  浏览次数:34
核心提示:总部位于西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)的分子电催化中心(Center for Molecular electrocatalyst

总部位于西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)的分子电催化中心(Center for Molecular electrocatalyst)最近进行的一项研究显示,要想迅速、可靠地将风能转化为燃料,就必须把目光从催化剂转向其基础。在耶鲁大学詹姆斯·梅尔博士的带领下,研究小组发现,基金会或支持性的电影和催化剂结构本身一样具有实质性的影响。的原因吗?用于放置支架的技术改变了中尺度环境,即在铁催化剂周围延伸数毫米的原子景观。


燃料电池可以使用由风力涡轮机产生的氢来提供可再生电力,为家庭降温、为电脑供电和推动工业发展。一个挑战是消除燃料电池内产生破坏性过氧化氢水平的副作用。研究表明,燃料电池设计者需要关注铁催化剂的载体材料以及催化剂本身。
由于需要更多的能源生产,人们对由电催化剂驱动的燃料电池和其他无化石燃料能源技术的兴趣大增。在燃料电池内部,电催化剂加速氢燃料和电之间的相互转换。在这项研究中,研究小组专注于处理燃料电池氧还原反应的催化剂。在这个反应中,产生电能的燃料电池剩余的氧和质子结合在一起产生水。与这一理想反应相竞争的是形成过氧化氢的有害反应。


研究小组检测了五种铁基电催化剂,即铁卟啉络合物,以确定它们是如何催化氧还原反应的。其中一些设计采用了质子继电器,将带正电荷的质子传送到(或从)催化剂的活性部位。


采用电催化燃料电池研究中常用的三种不同的薄膜技术对其进行固定化。固定化技术改变了中尺度环境,即在催化剂周围1000纳米到几毫米之间。研究小组评估了催化剂在不产生过氧化氢的情况下选择性地进行所需反应的能力。他们发现,当将催化剂与碳添加剂结合制成的油墨滴到玻璃碳电极上时,质子继电器越多的催化剂产生的过氧化氢越少。没有碳添加剂的催化剂沉积或物理吸附在石墨电极上的催化剂表现不佳。


燃料电池设计者需要把目光从催化剂转移到支撑材料上


风力涡轮机可以产生燃料电池所需的氢气,基本上可以储存间歇性的风能,供以后使用。


耶鲁大学(Yale University)研究生、合著者迈克尔?佩吉斯(Michael Pegis)说,“从实践的角度来看,我们必须把目光投向催化剂周围的中尺度环境。”希望我们关于氧还原的结论能对研究其他重要电催化转化的小组有所帮助。


本研究的作者建议,未来对此类催化剂的研究应着眼于多种中尺度环境,以更好地了解催化剂的性能。在固体薄膜上开发固体催化剂不仅需要了解和控制催化剂的分子性质,而且还需要了解和控制整个催化过程的更大的中尺度结构。


更多信息请访问:https://phys.org/news/2015-06-fuel-cell-catalyst-material.html#jCp


 
 
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