華盛頓州立大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新的方法來制造用于燃料電池的低成本單原子催化劑-這一進(jìn)步可以使重要的清潔能源技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上更具可行性。

他們的工作發(fā)表在“先進(jìn)能源材料”雜志上。

氫燃料電池對(duì)清潔能源經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兊陌l(fā)電效率是污染內(nèi)燃機(jī)的兩倍多。他們唯一的廢物是水。

然而，用于燃料電池中的化學(xué)反應(yīng)的鉑基催化劑的高價(jià)格顯著阻礙了它們的商業(yè)化。

研究人員希望使用非貴金屬，如鐵或鈷，而不是罕見的鉑金。但是，與這些大量可用金屬的反應(yīng)往往會(huì)在短時(shí)間后停止工作。

“具有高活性和穩(wěn)定性的低成本催化劑對(duì)于燃料電池的商業(yè)化至關(guān)重要。”施龍榮說，機(jī)械與材料工程學(xué)院(MME)博士后研究員和論文的共同第一作者。

最近，研究人員開發(fā)出了單原子催化劑，它在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中與使用貴金屬一樣有效。研究人員已經(jīng)能夠通過在納米級(jí)作為單原子催化劑使用它們來提高非貴金屬的穩(wěn)定性和活性。

在這項(xiàng)新工作中，由MME教授YueheLin領(lǐng)導(dǎo)的WSU研究小組使用鐵或鈷鹽和小分子氨基葡萄糖作為前體，在一個(gè)簡(jiǎn)單的高溫過程中產(chǎn)生單原子催化劑。該方法可以顯著降低催化劑的成本，并且可以容易地按比例放大用于生產(chǎn)。

他們開發(fā)的鐵-碳催化劑比商業(yè)鉑催化劑更穩(wěn)定。它們還保持良好的活性并且沒有被污染，這通常是普通金屬的問題。

“這個(gè)過程有很多優(yōu)點(diǎn)，”撰寫高溫工藝的第一作者朱承洲說。“這使得大規(guī)模生產(chǎn)變得可行，它使我們能夠增加催化劑上活性位點(diǎn)的數(shù)量并提高其活性。”

Lin的小組與WSU的MME副教授ScottBeckman以及Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的AdvancedPhotonSource和Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的材料表征研究人員合作完成了這個(gè)項(xiàng)目。

“國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)材料表征用戶設(shè)施揭示了催化劑的單原子位點(diǎn)和活性部分，這導(dǎo)致了更好的催化劑設(shè)計(jì)，”Lin說。