慕尼黑工業(yè)大學研發(fā)一納米大小鉑顆粒 比目前燃料電池催化劑性能高一倍

時間:2019-07-19 10:02來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：德國慕尼黑工業(yè)大學）
 
       據(jù)外媒報道，德國慕尼黑工業(yè)大學（TUM，Technical University of Munich）的一個跨學科研究小組制造出了用于燃料電池催化過程的鉑納米顆粒，該新型催化劑的尺寸得到了優(yōu)化，與目前已實現(xiàn)工業(yè)化的最佳工藝制成的鉑顆粒相比，其性能增加了一倍。
 
       燃料電池能夠替代電池，成為電動汽車的動力來源。燃料電池消耗可再生的氫氣（如利用風力發(fā)電廠的剩余電力就可生產(chǎn)氫氣），但是，用在燃料電池中的鉑非常稀少且特別昂貴，限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。
 
       而德國慕尼黑工業(yè)大學的一個研究小組現(xiàn)在優(yōu)化了鉑顆粒的尺寸，與目前商業(yè)化工藝生產(chǎn)的顆粒相比，其性能要高出一倍。該研究小組由無機和有機金屬化學教授Roland Fischer、物理能量裝換與存儲系A(chǔ)liaksandr Bandarenka以及納米系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換模擬教授Alessio Gagliardi牽頭。
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       一個鉑“蛋”（顆粒）只有一納米大小
 
       在燃料電池中，氫與氧反應(yīng)產(chǎn)生水，在此過程中產(chǎn)生電力。為了優(yōu)化此類轉(zhuǎn)換，電極上需要使用催化劑，而鉑在氧還原反應(yīng)中就發(fā)揮核心作用。
 
       為找到理想的解決方案，該研究小組創(chuàng)造了整個系統(tǒng)的計算機模型。核心問題是：鉑原子簇的尺寸可以達到多小，同時又能夠讓其具備高度活性的催化功能？Fischer教授表示：“事實證明，鉑顆粒具備一定的最佳尺寸。” 大約1納米、包含大約40個鉑原子的鉑顆粒是最理想的。Bandarenka表示：“這種大小的鉑催化劑雖然體積小，但是具有大量的高活性點。”
 
       催化劑研究中心（CRC）的跨學科合作是該研究小組得到研究成果的重要因素，結(jié)合建模理論、合作討論以及從實驗中獲得的物理化學知識，最終讓研究人員們制造出一個模型，展示了如何根據(jù)理想形狀、尺寸以及燃料電池中成分分布大小情況設(shè)計催化劑。此外，CRC還具備創(chuàng)建和實驗測試此種鉑納米催化劑的專業(yè)知識。
 
       效果是最好的催化劑的兩倍
 
      實驗證實了研究人員的理論預(yù)測。Garlyyev表示：“我們制出的催化劑效果是目前市場上最好的催化劑的兩倍”但是，由于目前鉑的含量只減少了50%，仍不足以實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，必須減少80%。
 
       除了此種球狀鉑納米顆粒，研究人員還希望研究形狀更復(fù)雜、但是催化活性更高的鉑納米顆粒。而計算機模型是建模的理想選擇，但是andarenka表示：“更復(fù)雜的形狀需要更復(fù)雜的合成方法。”
 
(責任編輯：子蕊)
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