財聯(lián)社上海4月26日訊(編輯 黃君芝)據(jù)報道,帝國理工學(xué)院(Imperial College London)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的氫燃料電池,使用鐵代替稀有而昂貴的鉑,使這項技術(shù)得到更大的應(yīng)用。
氫燃料電池將氫轉(zhuǎn)化為電力,而副產(chǎn)品只有水蒸氣,這使它們成為一種吸引人的綠色便攜電力替代品,尤其是汽車。然而,主要組件之一的成本高昂阻礙了它的廣泛采用。這種燃料電池依靠一種由鉑制成的催化劑,這種催化劑既昂貴又稀有,它可以幫助產(chǎn)生能量反應(yīng)。
現(xiàn)在,一個由倫敦帝國理工學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的歐洲團(tuán)隊只使用鐵、碳和氮(這些廉價且容易獲得的材料)創(chuàng)造了一種催化劑,并表明它可以用于在高功率下運(yùn)行燃料電池。他們的研究結(jié)果已于近期發(fā)表在了《自然催化》(Nature Catalysis)雜志上。
帝國理工學(xué)院化學(xué)系首席研究員Anthony Kucernak教授說,“目前,用于催化劑的鉑約占單個燃料電池成本的60%。為了讓燃料電池成為化石燃料驅(qū)動汽車的真正可行替代品,我們需要降低成本?!?/p>
“我們更便宜的催化劑設(shè)計應(yīng)該會讓這成為現(xiàn)實(shí),并允許部署更多使用氫作為燃料的可再生能源系統(tǒng),最終減少溫室氣體排放,讓世界走上凈零排放的道路?!彼a(bǔ)充說。
該團(tuán)隊的創(chuàng)新是生產(chǎn)一種催化劑,其中所有的鐵都以單個原子的形式分散在一個導(dǎo)電的碳基體中。單原子鐵的化學(xué)性質(zhì)與大塊鐵不同,大塊鐵的所有原子都聚集在一起,單原子鐵更容易產(chǎn)生反應(yīng)。
這些特性意味著鐵可以促進(jìn)燃料電池所需的反應(yīng),成為鉑的良好替代品。在實(shí)驗室測試中,該團(tuán)隊表明,單原子鐵催化劑的性能接近于真正的燃料電池系統(tǒng)中的鉑基催化劑。
除了為燃料電池生產(chǎn)一種更便宜的催化劑外,該團(tuán)隊開發(fā)創(chuàng)造的方法還可以適用于其他工藝的催化劑,如使用大氣中的氧氣作為反應(yīng)物而不是昂貴的化學(xué)氧化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),以及應(yīng)用于利用空氣去除有害污染物的廢水處理中。
論文第一作者、帝國理工化學(xué)系的Asad Mehmood博士說,“我們已經(jīng)開發(fā)了一種新的方法來制造一系列‘單原子’催化劑,這為一系列新的化學(xué)和電化學(xué)過程提供了機(jī)會。具體來說,我們使用了一種獨(dú)特的合成方法,稱為金屬轉(zhuǎn)化,以避免在合成過程中形成鐵團(tuán)簇。這個過程應(yīng)該對其他想要制備類似催化劑的科學(xué)家有益?!?/p>
據(jù)悉,該團(tuán)隊已與英國燃料電池催化劑制造商Johnson Matthey合作,在適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)中測試催化劑,并希望擴(kuò)大他們的新催化劑的規(guī)模,以便它可以用于商業(yè)燃料電池。與此同時,他們正在努力提高催化劑的穩(wěn)定性,使其在耐久性和性能上與鉑媲美。
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