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新型纳米催化剂可用于燃料电池
  发布时间: 2010/6/10
美国威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)化学与生物工程学教授Manos Mavrikakis和马里兰大学(University of Maryland)化学与生物化学教授Bryan Eichhorn近日在《自然—材料学》网络版上发表的论文中描述了一种新型催化剂。它由被一层或两层铂原子包围的钌纳米颗粒组成,是一种高效的室温催化剂,可显著改善关键的氢纯化反应,从而获取更多的氢用于燃料电池的供能。目前,全世界大多数氢的供应来自于化石燃料,这个过程称作重整。科学家相信,燃料电池不久就能通过由可再生能源得到的氢来进行发电。这个过程的重要一步称为PROX反应,它是氢进入燃料电池前,利用催化剂去除其中的CO。CO 的存在是燃料电池实际应用的一个主要障碍,因为它毒化了燃料电池反应中昂贵的铂催化剂。质子交换膜燃料电池能够替代应用于运输工具中的其它电池,它通过利用多孔碳电极进行发电,电极中含有被固体聚合物分开的铂催化剂。氢燃料进入电池的一极,氧进入另一极,铂催化剂促使氢分子中产生质子,这些质子穿过膜与另一极的氧发生反应,结果产生电以及副产品水和热。传统的钌、铂催化剂结合必须达到70℃才能发生PROX 反应,但相同的元素以核壳纳米颗粒结构结合后,能够使反应在室温下就发生。催化剂活化反应物以及得到产物的温度越低,节约的能量就越多。产生这种室温反应的原因有两个,首先是催化剂的核壳结构,与单纯的铂催化剂相比,这种特别的结构核成分能够使表面吸收较少的CO,给氧进入并发生反应留下空间。另一个原因是新的反应机理,利用氢原子结合氧分子并生成氢过氧基,这样很容易生成氧原子。氧原子与CO 结合生成二氧化碳CO2,这样留下更多的氢分子供给燃料电池。这项突破对于发展燃料电池技术有着重要意义,甚至对催化剂本身的发展也会产生重大影响。
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