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美科学家研发高效催化剂用于燃料电池

作者: 来源:麻省理工《科技创业》 发布时间:2012-02-29 浏览:
     中国储能网讯:小型碳框架可以容纳钼-硫-硫三角形,这样,每一个分子都有一个离散的边缘部位,也就是一个催化活性单位。
 
    加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的化学家正在重新设计催化剂,他们的方法会,可以深刻影响化学工业,也会影响市场日益增长的氢燃料电池车辆。
 
    辉钼矿(上部)是一种流行的催化剂,但反应只发生在边缘位置,就在圈内的地方,这里有钼硫硫呈三角形突出。加州大学伯克利分校/劳伦斯伯克利国家实验室的化学家们,创造的分子(下部),只有一个活性部位三角,可有效地把水转换成氢。来源:加州大学伯克利分校 
 
    催化剂这种材料,通常是金属,可加速化学反应,广泛用于合成化学品和药物。它们也用于汽车催化转换器,把燃烧的化学品改变为污染较少的排放物,它们还用于燃料电池,把水转换成氢。
 
    然而,问题是,催化剂的化学反应只发生在边缘或材料的缺陷中,而大部分金属,通常是昂贵的铂,都是惰性的,会被浪费。
 
    有一篇文章本周发表在《科学》杂志上,加州大学伯克利分校的化学家表明,如何制作一种催化剂,使它只包含边缘,而且证明,它可以进行催化,用水生产氢,很方便,因为常规催化剂的边缘和缺陷部位。
 
    “这是一个概念上的进步,这种方式,我们考虑要用来生产氢气,这是一种清洁燃烧的燃料,而采用的水是一种可持续资源,”克里斯托弗•常(Christopher Chang)说,他是加州大学伯克利分校霍华德•休斯医学研究所研究员,也是化学副教授。“我们的新的催化剂只是第一代,但是,这项研究会给我们和团体带来一条途径,可以考虑如何提高功能活性部位的密度,这样,这些分子和材料就可以成为更有效的催化剂。”
 
    目前,创造这些催化剂是在实验室进行,并不比使用传统催化剂便宜,但是,这些工作使克里斯托弗•常和其他人可以简化工艺,创造的材料具有数十亿个活性部位,都位于起皱的晶圆上,很像充满皱纹的土豆片,可以带来更便宜、商业上更可行的燃料电池催化剂。
 
   “开发新的地球上丰富的催化剂,用于水的分解,这是一项重要的任务,全世界都在努力摆脱化石燃料,走向太阳能,”论文的合著者杰弗里•朗格(Jeffrey Long)说,他是加州大学伯克利分校的化学教授,也是劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory.)研究科学家。
 
    克里斯托弗•常和他在加州大学伯克利分校的同事,采用一种普通的催化剂,就是辉钼矿(molybdenite),因为它比铂金(platinum)更便宜,而且日益依赖于用作燃料电池催化剂。因为包含钼和硫(MoS2:二硫化钼),所以,这种材料催化反应,比如把水分解成氢气和氧气,就只发生在边缘,这里,呈三角形的钼和两个硫原子伸出来,就像一面三角旗。
 
    “这些边缘部位看起来就像钼-硫-硫(MoSS)三角形,而就是这个三角区起作用,” 克里斯托弗•常说。
 
    使用复杂的有机合成技术,克里斯托弗•常说,他和他的同事们创造了一种小型碳框架,可以容纳钼-硫-硫三角形,这样,“每一个分子就都有一个离散的边缘部位,这也就是一个催化活性单位。”
 
    这些单分子催化剂大量倾倒在酸性水中,甚至海水中,它们就会生成氢,好几天不会停下来。
 
    在今后的研究中,克里斯托弗•常希望,把数十亿个这样的分子聚集在薄薄的多皱晶圆上,从而最大限度地增加给定体积的催化位点数量,提高最终效率。
 
   “还有许多其他类型的材料,人们希望生成边缘部位的碎片,而不是使用成块材料,这些材料只有很少的边缘和缺陷点位,”克里斯托弗•常说。“因为氢被认为是一种清洁燃烧的燃料,不产生二氧化碳,因此,创造更便宜和更好的催化剂就成为很重要的研究领域。主要推动力是采用地球上更丰富的材料,而不是采用稀有金属,比如铂。”
 
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关键字:科学家 高效催化剂 燃料电池

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