減少貴金屬使用 新的拓?fù)洳牧峡梢约铀僦茪?/p>

通過神奇的拓?fù)浔砻鏍顟B(tài)加速氫的生產(chǎn)

　　氫經(jīng)濟(jì)被認(rèn)為是提供可再生能源的最佳選擇之一，從而有助于緩解當(dāng)今的環(huán)境挑戰(zhàn)。氫的能量密度在120-142 MJ/kg之間，比化學(xué)、化石和生物燃料的能量密度大得多。更重要的是，當(dāng)氫被用來發(fā)電時(shí)，水是唯一的副產(chǎn)品。

　　電解水可以提供高質(zhì)量的氫氣，可以直接用于燃料電池。然而，由于目前需要鉑和銥等貴金屬來引發(fā)這樣的反應(yīng)，成本非常高。馬克斯普朗克固體化學(xué)物理研究所(Max Planck Institute for Chemical Physics of solid)的李國偉(音譯)研究了幾種拓?fù)洳牧系谋砻娣磻?yīng)。

拓?fù)浞瞧椒脖砻鎽B(tài)可以在電解過程中接受或貢獻(xiàn)電子

　　尋找貴金屬以外的替代品顯然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。“在尋找理想催化劑的過程中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能是突破障礙的關(guān)鍵，”馬克斯普朗克固體化學(xué)物理研究所(Max Planck Institute for Chemical Physics of solid)所長克勞迪婭·費(fèi)爾瑟(Claudia Felser)教授說。“我們研究了拓?fù)溆行虿牧系谋砻嫣匦?，從拓?fù)浣^緣體到拓?fù)浒虢饘俸徒饘?，所有這些材料都具有非平凡的表面狀態(tài)，并受到對稱性的保護(hù)。”

　　“換句話說，這些表面狀態(tài)非常穩(wěn)定，對雜質(zhì)散射、甚至氧化等表面修飾具有很強(qiáng)的抵抗能力：我們要問的問題是，我們能否找到這樣一個(gè)集拓?fù)溆行?、低成本、高效率和高穩(wěn)定性于一體的完美體系。”

　　德累斯頓馬克斯普朗克研究所固體化學(xué)物理團(tuán)隊(duì)與德累斯頓工業(yè)大學(xué)和馬克斯普朗克微結(jié)構(gòu)物理研究所的同事以及米爾海姆Maxlen Planck-InstitutfürKohlenforschung的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了關(guān)于拓?fù)洳牧峡茖W(xué)進(jìn)展的突破性成果，即磁性Weyl-半金屬，其是優(yōu)異的析氧反應(yīng)(OER)催化劑。該團(tuán)隊(duì)確定的磁性硒半金屬是Co3Sn2S2，一種Kagome晶格的Shandite化合物。

　　高質(zhì)量的Co3Sn2S2單晶體，尺寸可達(dá)厘米級，可以剝落成薄層，有明確的晶體表面。研究小組發(fā)現(xiàn)，盡管這些表面的表面積比目前傳統(tǒng)的納米結(jié)構(gòu)催化劑要小幾個(gè)數(shù)量級，但這些表面卻可以作為更好的水解催化劑。他們與來自馬普固體化學(xué)物理研究所的Yan Sun的理論小組合作，發(fā)現(xiàn)在費(fèi)米能級之上存在鈷衍生的拓?fù)浔砻鏍顟B(tài)。在水氧化過程中，這些表面狀態(tài)可以接受來自反應(yīng)中間體的電子，作為電子通道，其電阻不受惡劣的電化學(xué)環(huán)境的影響。

　　受到這一策略的啟發(fā)，研究小組隨后研究了Dirac節(jié)點(diǎn)電弧半金屬PtSn4的催化性能，這種化合物含昂貴鉑的比例要低得多。這種晶體在超過一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化穩(wěn)定性。

　　“這項(xiàng)工作是對這些反應(yīng)過程的化學(xué)研究的一個(gè)有趣的觀測點(diǎn)，并且可以通過對半金屬催化劑拓?fù)湫再|(zhì)的清晰了解，成為理解化學(xué)本身的一個(gè)途徑，”該論文的一位專家評審員說。

　　（原文來自：燃料電池工程 中國新能源網(wǎng)綜合）