美國(guó)研發(fā)出燃料電池分子催化劑

為謀求更好、更經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)存儲(chǔ)和利用能源，鉑等貴金屬發(fā)揮了重要的作用。它們作為催化劑推進(jìn)了最高效的燃料電池，但卻過(guò)于稀有昂貴?，F(xiàn)在，一種用于燃料電池的非金屬催化劑替代品已經(jīng)出現(xiàn)。7月15日發(fā)表在ACS中央科學(xué)的研究報(bào)告中，一隊(duì)來(lái)自威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的化學(xué)家介紹了一種使用分子催化劑替代固體催化劑的新方法。雖然分子催化劑以前就出現(xiàn)過(guò)，但早期的例子比傳統(tǒng)的鉑催化劑效率低得多。

燃料電池通過(guò)在2個(gè)不同的電極使氫氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。催化劑使該反應(yīng)更有效。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的化學(xué)教授Shannon Stahl和實(shí)驗(yàn)室研究員James Gerken從組里以前關(guān)于化工行業(yè)氧氣應(yīng)用的催化劑研究中獲得靈感。他們注意到這些有氧氧化反應(yīng)和燃料電池中的有氧反應(yīng)之間有著驚人的相似，便決定看看他們是否可以將類似的方法應(yīng)用到燃料電池中。

該新型催化劑是由叫做nitroxyls和氮氧化物分子的混合物構(gòu)成。這些分子伙伴配合默契，其中一個(gè)與電極能很好地反應(yīng)，而另一個(gè)能與氧氣有效反應(yīng)。

“雖然此前這種催化劑組合在有氧氧化反應(yīng)中已經(jīng)被使用過(guò)，但我們不知道這是否會(huì)是一個(gè)很好的燃料電池催化劑。”Stahl說(shuō)，“事實(shí)證明，這是迄今為止報(bào)道的最有效的分子催化劑體系?！?/p>

由于該方法涉及氣體、液體和固體之間的化學(xué)反應(yīng)，所以從概念發(fā)展到示范是個(gè)不小的壯舉。在進(jìn)行模型系統(tǒng)測(cè)試之前，Gerken花了幾個(gè)月的時(shí)間研究和優(yōu)化他們?cè)O(shè)想安裝的設(shè)備的每個(gè)組件。

“這項(xiàng)工作表明，分子催化劑首次效率能接近鉑。”Gerken說(shuō)，“分子催化劑的好處是，你可以繼續(xù)修改其結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步達(dá)到更高的效率?！?/p>

這項(xiàng)工作是由美國(guó)能源部通過(guò)分子電催化中心、能源前沿研究中心支持的。Stahl和Gerken相信該中心可以促進(jìn)各化學(xué)學(xué)科間的交叉研究，并為該領(lǐng)域的未來(lái)進(jìn)步開(kāi)辟道路。

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