2019年7月10日
科学家在美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室和阿肯色大学已经开发出一种高效的催化剂从乙醇提取电能,可以生成一个易于储存液体燃料,可再生资源。
催化剂,所描述的美国化学学会杂志》上,引导electro-oxidation乙醇理想化学途径释放液体燃料储存能量的全部潜力。
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。(来源:布鲁克海文国家实验室)
“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表示领导工作。一个特别有前途的应用范围: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之间的航班——即使在偏远地区,”王说。
乙醇的潜在力量,至今仍被关在碳碳键形成的骨干分子。王集团开发的催化剂显示打破这些债券在正确的时间的关键是储存能量的释放。
“Electro-oxidation乙醇可以产生12每个分子电子,”王说。“但反应可以进步通过很多不同的途径。”
大多数这些途径导致不完全氧化:催化剂离开碳碳键完好无损,释放更少的电子。他们还剥氢原子早在这个过程中,使碳原子的形成一氧化碳,这“毒药”催化剂作用的能力。
“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,需要多个步骤的氧化脱氢和完成的过程。
新的催化剂——结合活性元素独特的核壳结构,布鲁克海文国家实验室的科学家们一直在探索一系列催化反应,加速了所有这些步骤。
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科学家是谁在这个项目的一部分,开发出了一种合成方法co-deposit铂和铱金纳米粒子。欧洲杯猜球平台铂和铱形式“单原子岛”在金纳米粒子的表面。欧洲杯猜球平台陈指出,这种安排是关键,占催化剂的优秀性能。
“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,在王的实验室进行研究了解催化剂达到创纪录的高能源转换效率。他用“原位红外reflection-absorption光谱识别反应中间体和产品,比较这些产生的新的催化剂和反应使用gold-core / platinum-shell催化剂铂铱合金催化剂。
“通过测量产生的光谱吸收红外光时在不同的步骤在反应中,这个方法允许我们跟踪,在每个步骤中,哪些物种形成和每个产品的多少,”梁说。“光谱显示,新的催化剂引导向12-electron乙醇完全氧化途径,释放燃料储存能量的潜力。”
王指出,下一步是工程师设备纳入新的催化剂。
机械的细节透露了这项研究也可以帮助指导未来的多组分催化剂的合理的设计供其他应用程序使用。
来源:http://www.bnl.gov/