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氫燃料電池突圍有望！科學(xué)家研發(fā)新型鐵基催化劑 效果不變成本大減

2022-04-26 18:49:59來源：財(cái)聯(lián)社  

財(cái)聯(lián)社上海4月26日訊（編輯 黃君芝）據(jù)報(bào)道，帝國(guó)理工學(xué)院（Imperial College London）的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的氫燃料電池，使用鐵代替稀有而昂貴的鉑，使這項(xiàng)技術(shù)得到更大的應(yīng)用。

氫燃料電池將氫轉(zhuǎn)化為電力，而副產(chǎn)品只有水蒸氣，這使它們成為一種吸引人的綠色便攜電力替代品，尤其是汽車。然而，主要組件之一的成本高昂阻礙了它的廣泛采用。這種燃料電池依靠一種由鉑制成的催化劑，這種催化劑既昂貴又稀有，它可以幫助產(chǎn)生能量反應(yīng)。

現(xiàn)在，一個(gè)由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的歐洲團(tuán)隊(duì)只使用鐵、碳和氮（這些廉價(jià)且容易獲得的材料）創(chuàng)造了一種催化劑，并表明它可以用于在高功率下運(yùn)行燃料電池。他們的研究結(jié)果已于近期發(fā)表在了《自然催化》（Nature Catalysis）雜志上。

帝國(guó)理工學(xué)院化學(xué)系首席研究員Anthony Kucernak教授說，“目前，用于催化劑的鉑約占單個(gè)燃料電池成本的60%。為了讓燃料電池成為化石燃料驅(qū)動(dòng)汽車的真正可行替代品，我們需要降低成本。”

“我們更便宜的催化劑設(shè)計(jì)應(yīng)該會(huì)讓這成為現(xiàn)實(shí)，并允許部署更多使用氫作為燃料的可再生能源系統(tǒng)，最終減少溫室氣體排放，讓世界走上凈零排放的道路。”他補(bǔ)充說。

該團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新是生產(chǎn)一種催化劑，其中所有的鐵都以單個(gè)原子的形式分散在一個(gè)導(dǎo)電的碳基體中。單原子鐵的化學(xué)性質(zhì)與大塊鐵不同，大塊鐵的所有原子都聚集在一起，單原子鐵更容易產(chǎn)生反應(yīng)。

這些特性意味著鐵可以促進(jìn)燃料電池所需的反應(yīng)，成為鉑的良好替代品。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)表明，單原子鐵催化劑的性能接近于真正的燃料電池系統(tǒng)中的鉑基催化劑。

除了為燃料電池生產(chǎn)一種更便宜的催化劑外，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)創(chuàng)造的方法還可以適用于其他工藝的催化劑，如使用大氣中的氧氣作為反應(yīng)物而不是昂貴的化學(xué)氧化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以及應(yīng)用于利用空氣去除有害污染物的廢水處理中。

論文第一作者、帝國(guó)理工化學(xué)系的Asad Mehmood博士說，“我們已經(jīng)開發(fā)了一種新的方法來制造一系列‘單原子’催化劑，這為一系列新的化學(xué)和電化學(xué)過程提供了機(jī)會(huì)。具體來說，我們使用了一種獨(dú)特的合成方法，稱為金屬轉(zhuǎn)化，以避免在合成過程中形成鐵團(tuán)簇。這個(gè)過程應(yīng)該對(duì)其他想要制備類似催化劑的科學(xué)家有益。”

據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)已與英國(guó)燃料電池催化劑制造商Johnson Matthey合作，在適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)中測(cè)試催化劑，并希望擴(kuò)大他們的新催化劑的規(guī)模，以便它可以用于商業(yè)燃料電池。與此同時(shí)，他們正在努力提高催化劑的穩(wěn)定性，使其在耐久性和性能上與鉑媲美。

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