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鐵碳氮也能做燃料電池的催化劑？氫燃料廣泛部署成為可能
2022年04月26日 10:28:57
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：4500
近日，英國倫敦帝國理工學(xué)院開發(fā)出一種氫燃料電池，只使用鐵、碳和氮，這種廉價且容易獲得的材料作催化劑。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電裝置，其原理就是電解水的逆反應(yīng)，將氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。氫電池將氫氣轉(zhuǎn)化為電能，唯一的副產(chǎn)品就是水蒸氣，這使得它們成為了一種有吸引力的綠色替代能源，尤其是對于汽車行業(yè)而言。
然而氫燃料電池的廣泛使用在一定程度上受到了主要部件之一的成本的阻礙。目前燃料電池中常用的商用催化劑是鉑，鉑具有良好的分子吸附、離解特性，因此鉑催化劑成為最理想、也是當(dāng)前唯一商業(yè)化的催化劑材料。但是，鉑金屬價格昂貴，我國的儲存量也非常短缺，鉑昂貴的價格對于燃料電池大規(guī)模商業(yè)化是個極大的阻礙。若要想使燃料電池成為化石燃料真正可行的替代品，降低成本是必要的。
近日，英國倫敦帝國理工學(xué)院開發(fā)出一種氫燃料電池，只使用鐵、碳和氮，這種廉價且容易獲得的材料作催化劑。在這種新型催化劑中，所有的鐵都以單原子的形式分散在導(dǎo)電碳基質(zhì)中。其中所有原子都聚集在一起，使其更具反應(yīng)性。這些特性意味著鐵促進(jìn)了燃料電池所需的反應(yīng)，是鉑的良好替代品。在實驗室測試中，該團隊表明，在真實的燃料電池系統(tǒng)中，單原子鐵催化劑的性能接近鉑基催化劑。
不僅如此，該研究團隊所開發(fā)的方法還適用于除燃料電池之外的其他應(yīng)用，例如使用大氣中的氧氣而非昂貴的化學(xué)氧化劑作為反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)，以及使用空氣去除有害污染物的廢水處理。利用這種‘金屬轉(zhuǎn)移’的合成方法來制造一系列‘單原子’催化劑，避免了在合成過程中形成鐵簇，為一系列新的化學(xué)和電化學(xué)過程提供了機會。
鐵、碳和氮這些廉價且容易獲得的材料作催化劑，并且可以用來在高功率下運行燃料電池。‘金屬轉(zhuǎn)移’讓氫燃料廣泛部署成為可能，最終將減少溫室氣體排放推進(jìn)世界走上凈零排放的道路。該團隊的研究結(jié)果25日發(fā)表在《自然·催化》雜志上。
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