2019年6月10
极其有效的催化剂从乙醇提取电能已经创建了研究人员在美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室阿肯色大学。新的催化剂是一种易于储存液体燃料,可以由可再生资源。
布鲁克海文实验室的研究团队成员开发和特点的新核壳催化剂的完整electro-oxidation乙醇(左,右):Radoslav Adzic, Zhixiu梁,以利Stavitski,贾Wang Liang的歌。(图片来源:布鲁克海文国家实验室)
催化剂已经说明美国化学学会杂志》上,指导electro-oxidation乙醇合适的化学途径排放液体燃料的储存能量的完整的潜力。
“这催化剂是一个改变游戏规则,将使使用乙醇燃料电池是一种很有前途的高能量密度的“自给自足”的电力来源,”布鲁克海文实验室化学家贾Wang表示领导了这项研究。一个非常有利的用途:液体燃料电池驱动的无人机。
“乙醇燃料电池电池相比是轻量级的。他们会提供足够的电力操作无人机使用的液态燃料容易补充flights-even之间在偏远地区,”王说。
大部分的潜在力量的乙醇是密封的碳碳键形成分子的脊柱。催化剂由王的团队暴露,打破这些债券在适当的时候释放储存能量至关重要。
每个分子Electro-oxidation乙醇可以产生12个电子。但反应进展可以通过很多不同的途径。
贾,研究铅和化学家,布鲁克海文实验室
大多数的这些途径导致部分氧化:催化剂碳碳键没有离开,排放更少的电子。他们也把氢原子早在这个过程中,使碳原子形成一氧化碳,“毒药”催化剂的操作能力。
“12-electron乙醇完全氧化需要的碳碳键断裂过程的开始,而氢原子仍然连接,因为氢气保护碳,防止一氧化碳的形成,“王说。然后,许多步骤的脱氢和氧化是必要的完成过程。
新catalyst-which活性元素整合在一次独家核壳结构,布鲁克海文国家实验室的研究人员已经研究了各种催化reactions-accelerates所有这些步骤。
创造的催化剂,精益阿肯色州大学的陈,布鲁克海文国家实验室客座专家是谁在这个项目的一部分,制定综合技术co-deposit铱金纳米粒子和铂。欧洲杯猜球平台铱、铂形成“单原子岛”在金纳米粒子的表面。欧洲杯猜球平台设置,陈解释说,是关键催化剂的特殊性能负责。
“黄金纳米粒子核诱导抗拉应变的铂铱单原子的岛屿,从而增加这些元素的裂解碳碳键的能力,然后剥开它的氢原子,”她说。
Zhixiu梁,石溪大学研究生论文的第一作者,在王的实验室进行了研究理解如何实现其创纪录的高能源转换效率的催化剂。他用“原位红外reflection-absorption光谱识别反应中间体和产品,比较这些创造的新催化剂和反应使用gold-core / platinum-shell铂铱合金作催化剂以及催化剂。
通过测量产生的光谱吸收红外光时,在不同的反应步骤,该方法允许我们跟踪,每一步,什么物种形成和每个产品的多少。光谱显示,新催化剂引导向12-electron乙醇完全氧化途径,释放储存能量的燃料的全部潜力。
Zhixiu梁,论文的第一作者和研究生,石溪大学
王计划,以下步骤是设计设备,添加新的催化剂。
机械的细节公布的这项研究也有助于直接的平衡设计未来的多组分催化剂的其他应用程序。
除了给出的细节在这里,研究者使用了内壳层光谱(ISS)国家同步光源beamline II (NSLS-II)——美国能源部科学办公室用户设施定义每个元素的相对量的催化剂样品。欧洲杯线上买球论文的其他合作者梁歌和Radoslav r . Adzic布鲁克海文实验室的化学部门,Shiqing邓和朱Yimei实验室的凝聚态物理和材料科学部门,以利Stavitski NSLS-II。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
美国能源部科学办公室和美国国家科学基金会资助的这项工作。欧洲杯线上买球