Прогресс в исследованиях топливных элементов в каталитических материалах

Недавно Юэ Ли, исследователь из Института микронано-технологий и устройств Института физики твердого тела Института физики твердого тела Китайской академии наук, добился нового прогресса в контроле над пористым золотом-серебром-платиной (AuAgPt). сплавы наноматериалов и их метанольный катализ. Соответствующие результаты исследования опубликованы в Journal of Materials Chemical A (J. Mater.Chem. A, DOI: 10.1039 / c8ta04087g).

В последние годы в связи с быстрым развитием экономики потребность Китая в энергии растет. Ископаемая энергия, являясь наиболее важным источником энергии, потребляемой в мире, принесла нам удобство и вызвала серьезное загрязнение окружающей среды. Поэтому становится все более и более важным развивать чистую энергию, которая может заменить ископаемое топливо. Топливный элемент - это устройство, которое может напрямую преобразовывать химическую энергию топлива и окислителя в электрическую энергию. Это «четвертый метод производства энергии» после производства воды, огневой мощи и атомной энергии; Благодаря экономии энергии, высокой эффективности преобразования и преимуществам близости к нулевым выбросам, они стали важным способом решения энергетических и экологических проблем. Среди них топливные элементы на метаноле широко используются в портативном оборудовании из-за их высокой эффективности работы и экологичности. По сравнению с водородной энергией, метанол является более дешевым жидким топливом, его легко хранить, легко транспортировать и имеет более высокую теоретическую плотность энергии. Следовательно, топливные элементы на метаноле имеют очень хороший потенциал применения в области новой энергии.

В настоящее время катализаторы для топливных элементов на основе метанола в основном изготавливаются из платиновых наноматериалов, но обычные платиновые наноматериалы будут вызывать побочные эффекты, такие как отравление и осаждение во время процесса приготовления, что приводит к постепенному снижению эффективной площади и массовой активности платинового нанокатализатора. , серьезно влияя на срок службы метанольных топливных элементов. Кроме того, металлическая платина, необходимая для получения платиновых наноматериалов, имеет низкую емкость хранения, высокую стоимость и высокую стоимость, что не способствует крупномасштабному коммерческому применению батареи. Чтобы улучшить каталитическую активность и стабильность катализаторов топливных элементов на основе метанола, нанокатализаторы на основе платины и платины с различной структурой были приготовлены различными методами, такими как наночастицы платины с гранями кристаллов с высоким показателем преломления, полые сплавы платина-палладий и платина. . Никелевые сплавы, серебряно-платиновые сплавы и т. Д., Но способы получения этих материалов в основном сложны в процессе и имеют длительный цикл реакции, а вышеупомянутые проблемы каталитической активности и стабильности решены недостаточно.

Исследовательская группа Юэ Ли успешно подготовила трехмерный пористый наноматериал-катализатор из тройного сплава AuAgPt с помощью лазерно-индуцированного метода. Сначала они прореагировали нанокубом Au @ Ag с хлороплатинатом калия, чтобы получить нанокубцы Au @ AgPt (Au @ AgPtNC), а затем облучали нанокубы Au @ AgPt лазером с напряжением 670-700 вольт, чтобы получить Au. Нанокубики @AgPt были быстро плавлены в твердые наносферы сплава AuAgPt (твердые НС AuAgPt), а затем некоторое количество серебра из твердых наносфер сплава AuAgPt было удалено химическим травлением с получением монодисперсных трехмерных пористых наносфер тройного сплава AuAgPt (губчатые НС AuAgPt). Наносферы из тройного сплава AuAgPt не только обладают более высокой стабильностью, чем традиционные платиновые наноматериалы, но также имеют большую удельную поверхность и активные центры высокой плотности, которые легко адсорбируются реагентами, могут эффективно улучшать каталитическую активность и их каталитические свойства для метанола. Активность (1,62Amg Pt-1) была в 4,6 и 5,1 раза выше активности наносфер из твердых сплавов AuAgPt (0,35Amg Pt-1) и коммерческой платиновой сажи (Ptblack) (0,32Amg Pt-1) соответственно. Эти превосходные свойства выигрывают от пористой структуры самого материала и наличия граней кристаллов с высоким показателем преломления, искажений решетки и двойных границ на поверхности материала. Результаты этого исследования решили проблемы низкой каталитической активности, плохой стабильности и короткого времени автономной работы топливных элементов при их использовании.

Вышеупомянутое исследование было поддержано межкомандным проектом Китайской академии наук и проектом Национального фонда естественных наук.

Страница содержит содержимое машинного перевода.