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新型納米催化劑可用于燃料電池
  發布時間: 2010/6/10
美國威斯康星大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)化學與生物工程學教授Manos Mavrikakis和馬里蘭大學(University of Maryland)化學與生物化學教授Bryan Eichhorn近日在《自然—材料學》網絡版上發表的論文中描述了一種新型催化劑。它由被一層或兩層鉑原子包圍的釕納米顆粒組成,是一種高效的室溫催化劑,可顯著改善關鍵的氫純化反應,從而獲取更多的氫用于燃料電池的供能。目前,全世界大多數氫的供應來自于化石燃料,這個過程稱作重整?茖W家相信,燃料電池不久就能通過由可再生能源得到的氫來進行發電。這個過程的重要一步稱為PROX反應,它是氫進入燃料電池前,利用催化劑去除其中的CO。CO 的存在是燃料電池實際應用的一個主要障礙,因為它毒化了燃料電池反應中昂貴的鉑催化劑。質子交換膜燃料電池能夠替代應用于運輸工具中的其它電池,它通過利用多孔碳電極進行發電,電極中含有被固體聚合物分開的鉑催化劑。氫燃料進入電池的一極,氧進入另一極,鉑催化劑促使氫分子中產生質子,這些質子穿過膜與另一極的氧發生反應,結果產生電以及副產品水和熱。傳統的釕、鉑催化劑結合必須達到70℃才能發生PROX 反應,但相同的元素以核殼納米顆粒結構結合后,能夠使反應在室溫下就發生。催化劑活化反應物以及得到產物的溫度越低,節約的能量就越多。產生這種室溫反應的原因有兩個,首先是催化劑的核殼結構,與單純的鉑催化劑相比,這種特別的結構核成分能夠使表面吸收較少的CO,給氧進入并發生反應留下空間。另一個原因是新的反應機理,利用氫原子結合氧分子并生成氫過氧基,這樣很容易生成氧原子。氧原子與CO 結合生成二氧化碳CO2,這樣留下更多的氫分子供給燃料電池。這項突破對于發展燃料電池技術有著重要意義,甚至對催化劑本身的發展也會產生重大影響。
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