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。
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。”