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MIT开发出FC非铂催化剂制备新法

2019/10/16 12:21:201434

据http://fuelcellsworks.com/报道：众所周知，铂等贵金属催化剂的使用严重阻碍了燃料电池技术的商业化应用。5月27日，化学领域顶级期刊《德国应用化学》刊登了麻省理工大学（MIT）研究生Sean Hunt等人在替代铂催化剂工作上所取得的成果。在最简单的情况下，钨具有六个价电子，通过对其电子进行修饰可以使其模拟具有十个价电子的铂，因此只需让钨与拥有四个价电子的碳进行反应生成碳化钨陶瓷材料即可。研究表明，碳化钨具有与铂相似的性能，能催化很多重要的热力学及电催化反应，如生物质转换、加氢、氧还原和乙醇氧化等。更重要的是，钨元素在地表的含量是铂元素的三倍，因此具有更广阔的应用前景。然而，碳化钨和铂均属多相催化剂，这就意味着它们往往需要具有纳米尺寸以增加反应面积并产生量子限域效应，从而使催化反应速率最大化。目前来说，铂纳米颗粒相对容易制备，而小于5nm的纯净无杂质碳化钨颗粒制备方法尚未见报道。为了解决这一难题，MIT研究团队开发了一种“可移除陶瓷涂覆法”，即将分散在胶体中的过渡金属氧化物纳米颗粒涂覆在多孔硅表面。在高温下，氢气或者甲醇等还原气体能沿多孔硅的孔道扩散并将附着在表面的过渡金属氧化物还原成金属单质，从而得到过渡金属碳化物颗粒，硅壳能阻止单质间的烧结并防止碳过度沉积。在室温下，将硅壳移除后既可获得纳米金属碳化物颗粒。该研究团队通过此法首次制得了非烧结的双金属碳化物纳米颗粒，经测试具有与目前商业铂催化剂相当的催化性能，是目前商业化碳化钨粉末催化活性的两倍，并能有效解决现有产品存在的烧结和表面碳沉积问题。