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慕尼黑工業(yè)大學(xué)研發(fā)一納米大小鉑顆粒 比目前燃料電池催化劑性能高一倍
時(shí)間:2019-07-19 10:02來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)）
據(jù)外媒報(bào)道，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM，Technical University of Munich）的一個(gè)跨學(xué)科研究小組制造出了用于燃料電池催化過程的鉑納米顆粒，該新型催化劑的尺寸得到了優(yōu)化，與目前已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的最佳工藝制成的鉑顆粒相比，其性能增加了一倍。
燃料電池能夠替代電池，成為電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源。燃料電池消耗可再生的氫氣（如利用風(fēng)力發(fā)電廠的剩余電力就可生產(chǎn)氫氣），但是，用在燃料電池中的鉑非常稀少且特別昂貴，限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。
而德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的一個(gè)研究小組現(xiàn)在優(yōu)化了鉑顆粒的尺寸，與目前商業(yè)化工藝生產(chǎn)的顆粒相比，其性能要高出一倍。該研究小組由無機(jī)和有機(jī)金屬化學(xué)教授Roland Fischer、物理能量裝換與存儲(chǔ)系A(chǔ)liaksandr Bandarenka以及納米系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換模擬教授Alessio Gagliardi牽頭。
一個(gè)鉑“蛋”（顆粒）只有一納米大小
在燃料電池中，氫與氧反應(yīng)產(chǎn)生水，在此過程中產(chǎn)生電力。為了優(yōu)化此類轉(zhuǎn)換，電極上需要使用催化劑，而鉑在氧還原反應(yīng)中就發(fā)揮核心作用。
為找到理想的解決方案，該研究小組創(chuàng)造了整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型。核心問題是：鉑原子簇的尺寸可以達(dá)到多小，同時(shí)又能夠讓其具備高度活性的催化功能？Fischer教授表示：“事實(shí)證明，鉑顆粒具備一定的最佳尺寸。” 大約1納米、包含大約40個(gè)鉑原子的鉑顆粒是最理想的。Bandarenka表示：“這種大小的鉑催化劑雖然體積小，但是具有大量的高活性點(diǎn)。”
催化劑研究中心（CRC）的跨學(xué)科合作是該研究小組得到研究成果的重要因素，結(jié)合建模理論、合作討論以及從實(shí)驗(yàn)中獲得的物理化學(xué)知識(shí)，最終讓研究人員們制造出一個(gè)模型，展示了如何根據(jù)理想形狀、尺寸以及燃料電池中成分分布大小情況設(shè)計(jì)催化劑。此外，CRC還具備創(chuàng)建和實(shí)驗(yàn)測(cè)試此種鉑納米催化劑的專業(yè)知識(shí)。
效果是最好的催化劑的兩倍
實(shí)驗(yàn)證實(shí)了研究人員的理論預(yù)測(cè)。Garlyyev表示：“我們制出的催化劑效果是目前市場(chǎng)上最好的催化劑的兩倍”但是，由于目前鉑的含量只減少了50%，仍不足以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，必須減少80%。
除了此種球狀鉑納米顆粒，研究人員還希望研究形狀更復(fù)雜、但是催化活性更高的鉑納米顆粒。而計(jì)算機(jī)模型是建模的理想選擇，但是andarenka表示：“更復(fù)雜的形狀需要更復(fù)雜的合成方法。”
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