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氢燃料电池突围有望!科学家研发新型铁基催化剂 效果不变成本大减

 发布时间:2022-05-07    点击量:58
据报道,帝国理工学院(Imperial College London)的研究人员已经开发出一种新的氢燃料电池,使用铁代替稀有而昂贵的铂,使这项技术得到更大的应用。


氢燃料电池将氢转化为电力,而副产品只有水蒸气,这使它们成为一种吸引人的绿色便携电力替代品,尤其是汽车。然而,主要组件之一的成本高昂阻碍了它的广泛采用。这种燃料电池依靠一种由铂制成的催化剂,这种催化剂既昂贵又稀有,它可以帮助产生能量反应。
现在,一个由伦敦帝国理工学院的研究人员领导的欧洲团队只使用铁、碳和氮(这些廉价且容易获得的材料)创造了一种催化剂,并表明它可以用于在高功率下运行燃料电池。他们的研究结果已于近期发表在了《自然催化》(Nature Catalysis)杂志上。

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帝国理工学院化学系研究员Anthony Kucernak教授说,“目前,用于催化剂的铂约占单个燃料电池成本的60%。为了让燃料电池成为化石燃料驱动汽车的真正可行替代品,我们需要降低成本。"
“我们更便宜的催化剂设计应该会让这成为现实,并允许部署更多使用氢作为燃料的可再生能源系统,最终减少温室气体排放,让世界走上净零排放的道路。"他补充说。
该团队的创新是生产一种催化剂,其中所有的铁都以单个原子的形式分散在一个导电的碳基体中。单原子铁的化学性质与大块铁不同,大块铁的所有原子都聚集在一起,单原子铁更容易产生反应。
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这些特性意味着铁可以促进燃料电池所需的反应,成为铂的良好替代品。在实验室测试中,该团队表明,单原子铁催化剂的性能接近于真正的燃料电池系统中的铂基催化剂。
除了为燃料电池生产一种更便宜的催化剂外,该团队开发创造的方法还可以适用于其他工艺的催化剂,如使用大气中的氧气作为反应物而不是昂贵的化学氧化剂进行化学反应,以及应用于利用空气去除有害污染物的废水处理中。
论文第一作者、帝国理工化学系的Asad Mehmood博士说,“我们已经开发了一种新的方法来制造一系列‘单原子’催化剂,这为一系列新的化学和电化学过程提供了机会。具体来说,我们使用了一种独特的合成方法,称为金属转化,以避免在合成过程中形成铁团簇。这个过程应该对其他想要制备类似催化剂的科学家有益。"
据悉,该团队已与英国燃料电池催化剂制造商Johnson Matthey合作,在适当的系统中测试催化剂,并希望扩大他们的新催化剂的规模,以便它可以用于商业燃料电池。与此同时,他们正在努力提高催化剂的稳定性,使其在耐久性和性能上与铂媲美。
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