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大连化物所燃料电池催化剂的贵金属替代研究取

作者:高压电源网 日期:2016-05-20 09:41 出处:跌迁高压电源网 人气: 

  该项研究不仅为燃料电池催化剂的贵金属替代研究供给了行之有效的门路,并且,由此成长出来到有关为催化剂“穿铠甲”(Chainmail for catalyst)的概念对将来在苛刻前提下运行的催化剂的设计和制备开辟了新的偏向。该论文已被遴选作为重要进展,将在《德国应用化学》为庆贺刊物创办125周年将于2013年第一期编发的特刊上正式揭橥。

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将氢气直接高效转化为可广泛应用的电能,同时产生对仁攀类生计情况友爱的水分子,是将来先辈可持续能源体系成长的重要目标。为了实现这一目标,作为重要能量转换装配的质子交换膜燃料电池将会发挥弗成替代的感化,相干研究和开辟受到了越来越高度的看重。然而,该类燃料电池顶用于将空气中氧分子高效还原成活性氧原子的阴极材料,以及催化氢分子解离的阳极材料都须要大年夜量的贵金属,如铂、钯、钌等作为催化剂,这成为燃料电池将来大年夜范围应用的一个重要瓶颈。是以,大年夜幅度降低燃料电池电极资估中的贵金属含量,并最终采取地球上丰富的“廉”金属元素完全替代贵金属已成为该范畴的重大年夜机会和挑衅,相干研究已活着界范围内形成了激烈竞争的态势。

  已有的研究结不雅注解,金属铁以及具有不饱和配位铁的低价化合物具有优良的催化氧还原反竽暌功(ORR)的特点,然而因为催化过程中活性的低价铁原子极易被过度氧化,形成的配位饱和的铁高价氧化物(Fe2O3)在燃料电池工作的酸性格况下被敏捷溶蚀,大年夜而使电池电极很快掉去催化反竽暌功活性。 hvpsc.com

  中科院大年夜连化学物理研究所催化基本国度重点实验室邓德会博士、潘秀莲研究察、包信和院士等与干净能源国度实验室燃料电池研究部合作,在对碳纳米管限域效应研究取得系列进展的基本上,尽力立异合成制备办法,创造性地将铁基金属纳米粒子限域到具有豆荚状构造(Bean-Pod-Like)的碳纳米管的管腔中,采取钙揭捉究组新近研制成功的深紫外光发射电子显微镜(DU-PEEM),并借助上海光源先辈的X-射线接收谱(XAS),结合理论计算,初次不雅察到金属铁的活性d电子经由过程与构成碳管壁的碳原子互相感化而“穿过”(Penetrating)碳管管壁,富集在碳管外外面的电子直接催化分子氧的还原反竽暌功(ORR)。 hvpsc.com

  实验和理论研究进一步证实,在这一体系中,担保纳米金属铁的碳壁阻断了反竽暌功气体与铁纳米粒子的直接接触,大年夜道理上避免了反竽暌功过程中活性金属铁纳米粒子的深度氧化,以及反竽暌功氛围中其它有害组分对催化剂的中毒,大年夜而在根本上解决了纳米金属铁作为燃料电池阴极催化剂的稳定性难题。进一步对担保金属纳米粒子的碳壁进行杂原子(如氮原子)掺杂和改变担保个中的金属纳米粒子组分,对电极材料的催化机能起到明显的调变感化。当碳纳米管管壁氮掺杂浓度为3.3 wt%,担保Fe-Co纳米合金时,在完全雷同的操作前提下,电池的功率密度可以达到以20%Pt-C催化剂的60%。特别是,在10 ppm的有害成分硫(SO2)存在时,电池仍保持了优良的活性和稳定性。这一结不雅近期被《德国应用化学》在线揭橥。 高压电源hvpsc.com

  以上研究获得了国度天然科学基金委和科技部等相干项目标赞助。

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                       大年夜连化物所燃料电池催化剂的贵金属替代研究取得重冲要破

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