“点铁成金”让燃料电池催化剂有望不用贵金属

2013-02-01 20:03:42来源: 科技日报

    在燃料电池领域,目前使用性能相对稳定的金属铂作为电极催化剂。然而,铂的稀缺与昂贵限制了燃料电池的大规模应用。中科院大连化物所包信和院士带领的团队,创造性地给金属铁纳米催化剂穿上碳纳米层“铠甲”,提高了铁基催化剂在燃料电池中的稳定性和抗中毒能力,为未来非贵金属催化剂最终在燃料电池中的应用指明了方向。相关研究成果发表在2013年第一期《德国应用化学》特刊上,并被美国化学学会《化学与工程新闻》评为亮点文章。

    包信和团队经过多年研究,将金属铁纳米粒子限域到具有豆荚状结构的碳纳米管的管腔中。实验和理论研究证实,在这一体系中,包裹纳米金属铁的碳层阻断了反应气体与铁纳米粒子的直接接触,从原理上避免了反应过程中活性金属铁纳米粒子的深度氧化,以及其他有害组分对催化剂的毒化,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。研究人员进一步对包裹金属纳米粒子的碳纳米管壁进行杂原子(如氮原子)掺杂并同时改变金属纳米粒子组分,制得了氮掺杂碳纳米管限域的铁-钴纳米合金催化新材料,并将其替代传统的铂碳催化剂应用于燃料电池电极反应中,在10ppm的有害成分硫存在时,电池保持了优异的活性和稳定性。这相当于给容易“受伤”的金属铁纳米粒子“穿”上了一副由碳纳米管制成的“铠甲”,而铁原子的活性d电子犹如士兵的双手一样可以在“铠甲”外自由活动,完成催化氧分子的还原反应,从而实现燃料电池在酸性环境中稳定运行,并显著提高了其在实际运行中的抗中毒能力。

关键字:催化剂

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0201/article_6721.html
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