幾十年來，生態(tài)友好燃料的商業(yè)化一直因鉑金的高成本而停滯不前，但一項(xiàng)研究表明，低成本的催化劑可能是一種可行的替代品。多年來，研究人員一直在尋找一種能大大降低生產(chǎn)氫氣燃料動力電池價格的催化劑。這樣的突破可以帶來一場綠色能源革命，筆記本電腦和火車都可以使用只出現(xiàn)水作為副產(chǎn)品的燃料。

資料圖

根據(jù)水牛城大學(xué)(UB)最近的研究結(jié)果，研究人員可能越來越接近于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

目前，美國能源部(DOE)已經(jīng)將效率、耐久性和可負(fù)擔(dān)性確定為燃料動力電池研究的三個重要目標(biāo)。在最近發(fā)表在《NatureEnergy》上的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家們解釋了鐵是如何跟氮和碳結(jié)合在一以出現(xiàn)一種滿足所有三個標(biāo)準(zhǔn)的催化劑。

該研究的論文第一作者、UB工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院化學(xué)和生物工程教授GangWu說道：這已經(jīng)醞釀了多年。我們相信這是一個重大的突破，進(jìn)而最終將有助于釋放氫燃料動力電池的巨大潛力。

燃料動力電池的前景

根據(jù)美DOE的說法，燃料動力電池的操作跟電池類似但不會失去動力或要充電。只要供應(yīng)燃料如氫氣，它們就會出現(xiàn)熱量和動力。

由于它們跟內(nèi)燃機(jī)相比出現(xiàn)較少或沒有排放，所以它們長期以來一直吸引著科學(xué)家、環(huán)保主義者和其他人。此外，它們還有廣泛的用途，包括為建筑物、發(fā)電廠、汽車和其他系統(tǒng)供電。

然而燃料動力電池缺乏廣泛的商業(yè)化，除其他外，是由于加速關(guān)鍵燃料動力電池過程所需的昂貴催化劑的高成本。

一組被稱為鉑族金屬的六種貴金屬已被證明是最有效的催化劑。雖然這些金屬是高效和持久的，但由于其稀缺性，它們的成本非常高。因此，研究人員正在尋找成本更低的選擇。

克服障礙

鐵基催化劑就是這樣一種選擇。鐵非常有吸引力，因?yàn)樗茇S且價格低廉。但它的性能不如鉑金，特別是因?yàn)樗狈δ途眯詮亩鵁o法承受燃料動力電池內(nèi)的高度腐蝕性和氧化性環(huán)境。

為了克服這一障礙，研究小組將四個氮原子跟鐵結(jié)合起來。研究人員隨后將該材料嵌入幾層石墨烯中以對局部幾何和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的原子控制。

由此出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)是一個大大改善的催化劑。按照研究小組的說法，這種催化劑被認(rèn)為是迄今為止生產(chǎn)的最有效的鐵基催化劑--超美國能源部2025年的電流密度目標(biāo)；另外，它還實(shí)現(xiàn)了接近鉑族催化劑的耐久性等級。

Wu表示，所有這些都表明，鐵基催化劑有可能使燃料動力電池，尤其是氫燃料動力電池，在商業(yè)用途上更加實(shí)惠。現(xiàn)在，研究人員正在計劃進(jìn)行后續(xù)研究以進(jìn)一步改進(jìn)該催化劑。