Fortschritte in der Brennstoffzellenforschung an Katalysatormaterialien

Kürzlich hat Yue Li, ein Forscher am Institut für Mikro-Nanotechnologie und -geräte, Institut für Festkörperphysik, Institut für Festkörperphysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, neue Fortschritte bei der Kontrolle von porösem Gold-Silber-Platin (AuAgPt) erzielt. Legierungsnanomaterialien und ihre Methanolkatalyse. Die relevanten Forschungsergebnisse werden im Journal of Materials Chemical A (J. Mater.Chem. A, DOI: 10.1039 / c8ta04087g) veröffentlicht.

In den letzten Jahren, mit der rasanten Entwicklung der Wirtschaft, steigt Chinas Energiebedarf. Als wichtigste Energiequelle der Welt hat uns fossile Energie Bequemlichkeit gebracht und die globale Umwelt ernsthaft verschmutzt. Daher wird es immer wichtiger, saubere Energie zu entwickeln, die fossile Energie ersetzen kann. Eine Brennstoffzelle ist ein Gerät, das chemische Energie in Brennstoff und Oxidationsmittel direkt in elektrische Energie umwandeln kann. Es ist die „vierte Stromerzeugungsmethode“ nach der Erzeugung von Wasser, Feuerkraft und Atomkraft. Aufgrund der Energieeinsparung, der hohen Umwandlungseffizienz und der Nähevorteile von Null Emissionen ist ein wichtiger Weg zur Lösung von Energie- und Umweltproblemen geworden. Unter diesen werden Methanol-Brennstoffzellen aufgrund ihrer hohen Arbeitseffizienz und Umweltfreundlichkeit häufig in tragbaren Geräten verwendet. Methanol ist im Vergleich zu Wasserstoff ein billigerer flüssiger Brennstoff, leicht zu lagern, leicht zu transportieren und hat eine höhere theoretische Energiedichte. Daher haben Methanol-Brennstoffzellen ein sehr gutes Anwendungspotential auf dem Gebiet der neuen Energie.

Gegenwärtig bestehen die Katalysatoren für Methanol-Brennstoffzellen hauptsächlich aus Platin-Nanomaterialien, aber die herkömmlichen Platin-Nanomaterialien verursachen während des Herstellungsprozesses Nebenwirkungen wie Vergiftung und Ausfällung, wodurch die effektive Flächenaktivität und Massenaktivität des Platin-Nanokatalysators allmählich abnimmt , die die Lebensdauer von Methanol-Brennstoffzellen ernsthaft beeinträchtigt. Darüber hinaus weist das zur Herstellung von Platin-Nanomaterialien erforderliche Metallplatin eine geringe Speicherkapazität, hohe Kosten und hohe Kosten auf, was einer kommerziellen Anwendung der Batterie in großem Maßstab nicht förderlich ist. Um die katalytische Aktivität und Stabilität von Methanol-Brennstoffzellenkatalysatoren zu verbessern, wurden Nanokatalysatoren auf Platin- und Platinbasis mit unterschiedlichen Strukturen durch verschiedene Verfahren hergestellt, wie beispielsweise Platin-Nanopartikel mit Kristallflächen mit hohem Index, hohle Platin-Palladium-Legierungen und Platin . Nickellegierungen, Silber-Platin-Legierungen usw., aber die Herstellungsverfahren dieser Materialien sind meist kompliziert im Prozess und lang im Reaktionszyklus, und die oben erwähnten katalytischen Aktivitäts- und Stabilitätsprobleme sind nicht gut gelöst.

Die Forschungsgruppe von Yue Li stellte erfolgreich einen dreidimensionalen porösen AuAgPt-Katalysator für ternäre Legierungsnanomaterialien mittels laserinduzierter Methode her. Sie reagierten zuerst den Au @ Ag-Nanowürfel mit Kaliumchlorplatinat, um Au @ AgPt-Nanowürfel (Au @ AgPtNCs) zu erhalten, und bestrahlten dann die Au @ AgPt-Nanowürfel mit einem Laser von 670-700 Volt, um Au herzustellen. @ AgPt-Nanowürfel wurden schnell zu festen AuAgPt-Legierungsnanokugeln (feste AuAgPt-NS-Kugeln) geschmolzen, und dann wurde etwas Silber in festen AuAgPt-Legierungsnanokugeln durch chemisches Ätzen entfernt, um monodisperse dreidimensionale poröse AuAgPt-ternäre Legierungsnanokugeln (schwammige AuAgPt-NS) zu erhalten. Die ternären AuAgPt-Legierungsnanokugeln weisen nicht nur eine höhere Stabilität als herkömmliche Platin-Nanomaterialien auf, sondern haben auch eine große spezifische Oberfläche und aktive Stellen mit hoher Dichte, die leicht zu adsorbierende Reaktanten sind, können die katalytische Aktivität und ihre katalytischen Eigenschaften für Methanol wirksam verbessern. Die Aktivität (1,62 mg Pt-1) betrug das 4,6- bzw. 5,1-fache der Aktivität von Nanokugeln aus fester AuAgPt-Legierung (0,35 mg Pt-1) bzw. handelsüblichem Platinschwarz (Ptblack) (0,32 mg Pt-1). Diese hervorragenden Eigenschaften profitieren von der porösen Struktur des Materials selbst und dem Vorhandensein von Kristallflächen mit hohem Index, Gitterverzerrungen und Zwillingsgrenzen auf der Oberfläche des Materials. Die Ergebnisse dieser Studie haben die Probleme einer geringen katalytischen Aktivität, einer schlechten Stabilität und einer kurzen Batterielebensdauer von Brennstoffzellen bei Verwendung gelöst.

Die oben genannten Forschungsarbeiten wurden vom teamübergreifenden Projekt der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und dem Projekt der National Natural Science Foundation unterstützt.

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