2010年9月24日
工程塔夫斯大学的研究人员,威斯康星大学麦迪逊分校和哈佛大学已经证明了一个自动分散铂催化剂的低温功效,可适用于车载制氢燃料电池驱动的汽车的未来。
替代铜,在一定条件下可以自燃,铂触媒是高度活跃的和稳定的。研究者的新催化剂的结构和功能的理解可以帮助制造商设计高度有效但不costly-catalysts标准,廉价的金属氧化物的支持。
由玛丽亚Flytzani-Stephanopoulos,塔夫茨大学工程学院化学和生物工程教授,马诺斯Mavrikakis,威斯康辛大学麦迪逊分校的化学和生物工程教授,该研究小组的研究结果发表在9月24日,2010年出版的《科学》杂志上。欧洲杯线上买球
世界上只有少量的氢自然发生,根据美国能源部,该国对氢气的需求每年约900万吨。
制造商生产约95%的氢通过天然气的蒸气重整、催化过程中蒸汽与甲烷反应产生一氧化碳和氢气。这种混合物被称为合成气体,或合成气和合成燃料,是生产过程中的一个中间氨和甲醇等化合物。
另一个应用程序对氢燃料的氢经济的努力,旨在利用高能量密度氢气作为一种清洁的能源,特别是低温燃料电池驱动的设备,包括车辆。
燃料电池使用电化学过程将氢气和氧气转化为水,产生直流驱动电机。燃料电池汽车需要高纯度氢气,这是通过water-gas-shift产生反应。这条关键步骤“剩余”生成一氧化碳与氢气通过蒸汽转化的化石燃料,如天然气。Water-gas-shift催化剂减少一氧化碳的氢,氢含量增加收获从水分子。
目前在工业上用于氢净化铜基催化剂,氧化锌和氧化铝的支持。因为铜自燃的(它可以自发地点燃,当暴露在空气中;空气燃料电池操作相对比较常见),研究人员认为铂金作为替代。Flytzani-Stephanopoulos说,然而,铂是昂贵和研究人员必须准备在微粒上更多的“异国情调”支持,如氧化稀土二氧化铈,有效低温water-gas-shift反应。欧洲杯猜球平台
然而,尽管是最丰富的稀土元素铈,这种天然丰度发生在世界各地的几个地方,而且,Mavrikakis说,访问可能是有限的由于各种原因,包括地缘政治。
塔夫斯大学的研究人员最初发现钠提高了铂water-gas-shift反应的活动,现在可以在低温下进行,即使在惰性材料如硅。欧洲杯足球竞彩他们进行了详细的结构研究,发现表面多余的活性氧物种,帮助铂完成反应周期。他们还发现,钠离子或钾离子有助于稳定催化部位。
在以后的实验中,他们看到他们对二氧化铈执行以及铂催化剂。合作者哈佛大学的大卫·贝尔使用原子水平电子显微镜查看稳定白金集群和硅原子支持可视化确认新催化剂如二氧化铈的支持。
Mavrikakis队出发去理解为什么。研究人员利用强大的计算资源,包括威斯康辛大学麦迪逊分校信息技术和高通量计算中心的分工,以及超快10 g数据网络,模型新催化剂,原子的原子。“没有实验的方法,你可以看看原子“工作”,也就是在反应发生,“Mavrikakis说。“你需要开始讨论单个原子,你可以看到最高分辨率电子microscopes-but期间没有反应。所以你只能表明,或许这些原子是活跃的,但是没有办法证实它,除非你把一个量子的量子力学模型结合在一起,提出一个更现实的和有根据的建议关于负责使催化剂如此活跃。”
铂金是最昂贵的催化材料,新只含有微量的铂催化剂,在低温下是健壮的和有效的。欧洲杯足球竞彩从本质上讲,它的结构是一系列的小“集群”只有几个原子组成,每一个在一个特定的安排。每个集群由一个或几个铂原子氧的混合物包围,羟基和钾原子和“坐”在标准铝或硅的支持。
研究人员说,是重要的部分原因是,通过结合实验,采用基于理论,揭示了一种新型的活性部位的工作为一个特定的,非常重要的化学反应。“大多数时候,人们高兴地说,“我们已经发现了一个材料。它对于一个给定的应用程序,“Mavrikakis说。
Flytzani-Stephanopoulos说,在这种情况下,团队采取下一步确定为什么催化剂是如何工作的。“如果我们想要进入下一个阶段用便宜的材料做具体的化学转换,我们需要了解基本面,”她说。欧洲杯足球竞彩
来源:http://www.wisc.edu/