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仁川国立大学利用碳壳保护铂催化剂 提升甲醇燃料电池性能

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58京牌 使用化石燃料容易造成环境污染,因而很多科学家致力于寻找有效替代能源。人们对氢燃料电池寄予厚望,但纯氢的运输、储存和使用成本很高,对当前技术提出挑战。相比之下,甲醇(CH3O3)不需要冷藏,能量密度更高,而且便于运输,安全性更高。

(图片来源:techxplore)

直接甲醇燃料电池(DMFC)可以在室温下利用甲醇发电,但其性能有待提升。这种电池的主要问题之一在于不理想的甲醇氧化反应。在甲醇从负极向正极传递的过程中,这种反应会导致铂催化剂降解,影响电池运行。研究人员曾提出一些相关解决方法,然而由于成本或稳定性问题,目前尚未发现有效策略。

,韩国科学家提出一种行之有效的创新解决方案,通过相对简单的方法,将封装在碳壳内的铂纳米颗粒制成催化剂。这种外壳可以形成几乎无法穿透的碳网络,并且由于氮缺陷而形成很小的开口。氧作为DMFC中的主要反应物之一,可以通过这些“孔”到达铂催化剂,而较大的甲醇分子无法通过。作为此项研究的负责人,韩国仁川国立大学(Incheon National University)的Oh Joong Kwon教授表示:“碳壳能够起到分子筛的作用,选择所需要的反应物。这些反应物可以真正到达催化剂的位置,防止铂核发生不良反应。”

科学家们通过实验表征所制备催化剂的整体结构和组成,并证明氧可以穿过碳壳,而甲醇不能。他们还发现一种简单直接的方法,在热处理过程中,只需改变温度,即可调节壳体中的缺陷数量。随后的比较实验表明,新型带壳催化剂的性能优于商用铂催化剂,并且具有更高的稳定性。

过去10年里,Kwon教授一直致力于改良燃料电池催化剂,旨在使这项技术通过多种方式融入日常生活。随着气候变化问题日益严重,寻找可持续性替代燃料将成为人类的首要目标之一,而这项研究让我们朝这一目标又迈进了一步。

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