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揭秘:低成本燃料电池催化剂的工作原理

2017-08-08 58浏览 标签: 催化剂

最近,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)和美国橡树岭国家实验室(ORNL)介绍了其研究人员对低成本燃料电池催化剂的研究成果。


该研究为目前在燃料电池电极中使用的昂贵的铂或其他贵金属催化剂寻找替代品,并利用直接的原子级观测阐明了这些新的催化材料是如何工作的。



▲研究人员和精密的低电压显微镜

为了降低在汽车和其他领域应用的下一代燃料电池的成本,研究人员一直在开发新的材料来替代目前使用的昂贵的铂和铂族金属(PGM)催化剂


此次,LANL和ORNL的这项工作正在解决这个难题,他们既确定了有效的新材料,又能解释其在原子层面的工作原理。在此前工作的基础上,LANL的团队合成出了在汽车应用中可替代传统PGM催化剂的一种铁-氮-碳(Fe-N-C)电催化剂。这种催化剂由两种氮前体合成,具有分级孔状结构,使大部分碳表面暴露于氧气。这种催化剂在燃料电池测试中展现了媲美PGM催化剂的性能。


针对这一催化剂,ORNL的研究人员使用像差校正扫描透射电子显微镜和电子能量损失光谱对关键催化反应的活性位点进行了直接观察,此为相关研究的首次。此外,研究中催化反应的可能反应路径和活性位点是由LANL通过计算机模拟出的。


此研究由美国能源部支持,符合国家实验室为能源生产提供更广泛选择的一贯目标,相关研究成果发表在了近期的“Science《科学》”杂志上。


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