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東北大學(xué)開發(fā)新型非貴金屬催化劑有望用于氫燃料電池

時(shí)間:2022-07-29 08:43來源:蓋世汽車作者:Elisha

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作為一種環(huán)保能源，氫燃料電池具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，這種電池中使用的傳統(tǒng)催化劑成本高、效率低，阻礙了現(xiàn)有技術(shù)的商業(yè)化。據(jù)外媒報(bào)道，東北大學(xué)（Northeastern）等機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新型催化劑，不需要使用貴金屬，有望取代常用的鉑基催化劑。

（圖片來源：東北大學(xué)）

在氫燃料電池中，催化劑用以加速能量轉(zhuǎn)換過程，即氧還原反應(yīng)。東北大學(xué)的物理學(xué)教授Arun Bansil表示，可持續(xù)性催化劑應(yīng)由“儲(chǔ)量豐富的材料”制成，而且當(dāng)氧氣被引入化學(xué)反應(yīng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生碳排放。

東北大學(xué)的研究人員一直在研究特定種類的催化劑，即所謂的“氮配位鐵催化劑”（nitrogen-coordinated iron catalysts），作為潛在的可持續(xù)選項(xiàng)。從分子上來說，氮配位鐵催化劑被定義為由四個(gè)氮原子包圍的鐵原子。氮原子稱為“配體”，可與中心金屬原子結(jié)合形成更大復(fù)合物的分子。

“這是一個(gè)眾所周知的結(jié)構(gòu)。”Bansil表示，通過添加第五個(gè)配體（即在四個(gè)氮基上再加上一個(gè)），可以形成更穩(wěn)定、更堅(jiān)固的電催化劑。

第五個(gè)配體提高了催化劑的耐用性。“當(dāng)氧氣被添加到結(jié)構(gòu)中時(shí)，第五個(gè)配體似乎在設(shè)法將鐵保持在鐵-氮平面上。”如果第五個(gè)配體不存在，當(dāng)氧氣進(jìn)入這些復(fù)合物中時(shí)，鐵就會(huì)從鐵氮平面上脫落，從而使催化劑“不那么持久”。

研究人員使用X射線發(fā)射光譜和Mössbauer光譜（計(jì)算化學(xué)中的技術(shù)）進(jìn)行觀察，希望能進(jìn)一步了解這種催化劑的運(yùn)行機(jī)制，以進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和改良材料。研究人員表示：“在制備過程中，使用這種計(jì)算方法，有助于確定催化劑發(fā)生變化時(shí)的催化位點(diǎn)。所提供的圖片也有助于發(fā)現(xiàn)哪些催化劑更穩(wěn)定。”

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：氫燃料電池催化劑

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