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铂镍正八面体让燃料电池省铂90%

2019/10/16 9:48:391519

据物理学家组织网报道，高效耐用的催化剂是燃料电池领域取得突破的关键。最近，德国科学家研发出一种铂镍纳米粒子，用其作催化剂，可将燃料电池中铂的用量减少90%。研究还发现，新纳米粒子的功能由其几何形状和原子结构决定。发表在最新一期《纳米·材料学》杂志上的最新研究将有助于科学家们提高催化剂的性能。

氢动力燃料电池除产生电能外，唯一的副产品是水，因此被看作传统内燃机的环保替代品。但这种燃料电池的电极（化学转化过程在此发生）需要用到大量“身价不菲”的铂。如果没有铂作为催化剂，很难获得必需的转化效率，因此，铂正成为发展氢燃料电池的“拦路虎”。科学家们解释道，氢燃料电池的催化过程只发生在铂表面，而铂纳米粒子可增加铂表面积，既节省材料又能提高电极效率，1公斤纳米粒子的表面积相当于几个足球场。另外，让铂和镍或铜等廉价金属相混合，还可以节省更多铂。在这一思路指导下，德国于利希研究中心（FZJ）和柏林工业大学的科学家成功研发出高效的铂镍催化剂粒子，用于将氢气和氧气转变成水，其中铂仅为以前用量的1/10。新催化剂不由以前广泛使用的圆形纳米粒子，而由铂—镍合金的正八面体纳米粒子组成，正八面体表面的铂镍原子拥有独特的排列方式，能显著提高氢气和氧气生成水的化学反应速度。研究人员还使用德国恩斯特鲁斯卡电子显微学与电子谱学中心（ER-C）的超高清电子显微镜，对新纳米粒子的原子结构进行了观察。ER-C的马克·海根博士解释道：“我们发现，镍和铂原子并非均匀地分布在纳米正八面体表面，这可以增加其反应活性，不过会减少其寿命。” 柏林工业大学的皮特·斯特拉瑟教授表示：“新研究告诉我们，为获得最优的催化效果，催化剂粒子合适的几何形状与其组成及大小一样重要，我们可借用这一发现来改进用来储能的功能性材料尤其是催化剂的性能。” 总编辑圈点发展燃料电池是全球应对能源短缺和环境污染的战略举措，而当前一大制约因素便是因使用贵金属铂导致成本过高。通用、丰田、美国国家实验室等都在进行技术攻关，一方面研究低铂燃料电池技术，减少催化剂用量，并研究催化剂抗毒性，提高使用寿命；另一方面开发非铂催化剂来代替铂，力争尽快降低成本。可以说，低铂或无铂技术已经成为决定竞争力的核心和关键，本项成果的意义就在于此。当然，更期待我国能在这一领域有所作为。