2022年08月11日 星期四
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利用半导体制造技术提高燃料电池性能

2022/5/31 15:51:482426

据国外媒体报道:利用溅射应用技术(金属沉积)开发的金属纳米粒子合成方法,可以生态友好、大规模地生产高性能氢燃料电池催化剂。

韩国的一个研究小组通过使用半导体制造技术合成了金属纳米颗粒,可以大幅提高氢燃料电池催化剂的性能。韩国科学技术院(KIST,院长Seok Jin Yoon)宣布,由氢燃料电池研究中心的Sung Jong Yoo博士领导的研究小组通过使用溅射技术(一种用于半导体制造的金属薄膜沉积技术),以物理方法而不是现有的化学反应成功合成了纳米粒子。

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在过去的几十年里,金属纳米粒子已经应用于各个领域。最近,金属纳米粒子作为氢燃料电池和水电解系统生产氢气的重要催化剂,已经引起了人们的注意。金属纳米粒子主要是通过复杂的化学反应制备的。此外,它们的制备要使用对环境和人类有害的有机物质。因此,处理它们不可避免地产生额外的费用,而且合成条件具有挑战性。因此,需要一种能够克服现有化学合成缺点的新的纳米粒子合成方法来建立氢能制度。

KIST研究小组所应用的溅射工艺是一种在半导体制造过程中为金属薄膜镀膜的技术。在这个过程中,等离子体被用来将大型金属切割成纳米颗粒,然后沉积在基底上形成薄膜。研究小组使用“葡萄糖”制备纳米颗粒,这是一种特殊的基底,在这个过程中使用等离子体防止金属纳米颗粒转变为薄膜。该合成方法使用了等离子体的物理气相沉积原理,而不是化学反应。因此,可以用这种简单的方法合成金属纳米粒子,克服了现有化学合成方法的局限性。

由于现有的化学合成方法限制了可用作纳米颗粒的金属类型,新催化剂的开发受到了阻碍。此外,合成条件必须根据金属的类型而改变。然而,通过新的合成方法,可以合成更多种类的金属的纳米粒子了。此外,如果该技术同时应用于两种或更多的金属,可以合成各种成分的合金纳米粒子,并开发高性能的合金纳米粒子催化剂。

KIST研究小组利用这一技术合成了铂钴钒合金纳米粒子催化剂,并应用于氢燃料电池电极的氧还原反应。结果显示,催化剂的活性比商业上用作氢燃料电池催化剂的铂和铂钴合金催化剂分别高7倍和3倍。此外,研究人员还研究了新添加的钒对纳米颗粒中其他金属的影响。他们发现,通过计算机模拟,钒通过优化铂-氧结合能,改善了催化剂的性能。

该研究结果已发表在纳米粒子领域的国际科学期刊《Nano Today》(IF: 20.722, top 4.25% in JCR)上。