求燃料電池催化劑貴金屬替代研究獲進展??
求燃料電池催化劑貴金屬替代研究獲進展??【專家解說】:在燃料電池領(lǐng)域,目前使用性能相對穩(wěn)定的金屬鉑作為電極催化劑。然而,鉑的稀缺與昂貴限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。中科院大連化物所包
在燃料電池領(lǐng)域,目前使用性能相對穩(wěn)定的金屬鉑作為電極催化劑。然而,鉑的稀缺與昂貴限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。中科院大連化物所包信和院士帶領(lǐng)的團隊,創(chuàng)造性地給金屬鐵納米催化劑穿上碳納米層“鎧甲”,提高了鐵基催化劑在燃料電池中的穩(wěn)定性和抗中毒能力,為未來非貴金屬催化劑最終在燃料電池中的應(yīng)用指明了方向。相關(guān)研究成果發(fā)表在2013年第一期德國《應(yīng)用化學(xué)》特刊上,并被美國化學(xué)學(xué)會《化學(xué)與工程新聞》評為亮點文章。
包信和團隊經(jīng)過多年研究,將金屬鐵納米粒子限域到具有豆莢狀結(jié)構(gòu)的碳納米管的管腔中。實驗和理論研究證實,在這一體系中,包裹納米金屬鐵的碳層阻斷了反應(yīng)氣體與鐵納米粒子的直接接觸,從原理上避免了反應(yīng)過程中活性金屬鐵納米粒子的深度氧化,以及其他有害組分對催化劑的毒化,解決了納米金屬鐵作為燃料電池陰極催化劑的穩(wěn)定性難題。研究人員進一步對包裹金屬納米粒子的碳納米管壁進行雜原子(如氮原子)摻雜并同時改變金屬納米粒子組分,制得了氮摻雜碳納米管限域的鐵-鈷納米合金催化新材料,并將其替代傳統(tǒng)的鉑碳催化劑應(yīng)用于燃料電池電極反應(yīng)中,在10ppm的有害成分硫存在時,電池保持了優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。這相當(dāng)于給容易“受傷”的金屬鐵納米粒子“穿”上了一副由碳納米管制成的“鎧甲”,而鐵原子的活性d電子猶如士兵的雙手一樣可以在“鎧甲”外自由活動,完成催化氧分子的還原反應(yīng),從而實現(xiàn)燃料電池在酸性環(huán)境中穩(wěn)定運行,并顯著提高了其在實際運行中的抗中毒能力。
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