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慕尼黑工业大学研发一纳米大小铂颗粒 比目前燃料电池催化剂性能高一倍

盖世汽车 余秋云 2019-07-19 09:30:14
核心提示:据外媒报道,德国慕尼黑工业大学(TUM,Technical University of Munich)的一个跨学科研究小组制造出了用于燃料电池催化过程的铂纳米颗粒。

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(图片来源:德国慕尼黑工业大学)

盖世汽车讯 据外媒报道,德国慕尼黑工业大学(TUM,Technical University of Munich)的一个跨学科研究小组制造出了用于燃料电池催化过程的铂纳米颗粒,该新型催化剂的尺寸得到了优化,与目前已实现工业化的最佳工艺制成的铂颗粒相比,其性能增加了一倍。

燃料电池能够替代电池,成为电动汽车的动力来源。燃料电池消耗可再生的氢气(如利用风力发电厂的剩余电力就可生产氢气),但是,用在燃料电池中的铂非常稀少且特别昂贵,限制了燃料电池的大规模应用。

而德国慕尼黑工业大学的一个研究小组现在优化了铂颗粒的尺寸,与目前商业化工艺生产的颗粒相比,其性能要高出一倍。该研究小组由无机和有机金属化学教授Roland Fischer、物理能量装换与存储系Aliaksandr Bandarenka以及纳米系统能量转换模拟教授Alessio Gagliardi牵头。

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一个铂“蛋”(颗粒)只有一纳米大小

在燃料电池中,氢与氧反应产生水,在此过程中产生电力。为了优化此类转换,电极上需要使用催化剂,而铂在氧还原反应中就发挥核心作用。

为找到理想的解决方案,该研究小组创造了整个系统的计算机模型。核心问题是:铂原子簇的尺寸可以达到多小,同时又能够让其具备高度活性的催化功能?Fischer教授表示:“事实证明,铂颗粒具备一定的最佳尺寸。” 大约1纳米、包含大约40个铂原子的铂颗粒是最理想的。Bandarenka表示:“这种大小的铂催化剂虽然体积小,但是具有大量的高活性点。”

催化剂研究中心(CRC)的跨学科合作是该研究小组得到研究成果的重要因素,结合建模理论、合作讨论以及从实验中获得的物理化学知识,最终让研究人员们制造出一个模型,展示了如何根据理想形状、尺寸以及燃料电池中成分分布大小情况设计催化剂。此外,CRC还具备创建和实验测试此种铂纳米催化剂的专业知识。

效果是最好的催化剂的两倍

实验证实了研究人员的理论预测。Garlyyev表示:“我们制出的催化剂效果是目前市场上最好的催化剂的两倍”但是,由于目前铂的含量只减少了50%,仍不足以实现商业化应用,必须减少80%。

除了此种球状铂纳米颗粒,研究人员还希望研究形状更复杂、但是催化活性更高的铂纳米颗粒。而计算机模型是建模的理想选择,但是andarenka表示:“更复杂的形状需要更复杂的合成方法。”

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