图片来源:太平洋西北国家实验室
新的研究发现钴可能是PEM燃料电池中铂金的更便宜的替代品，发现可能导致使用增加和对化石燃料的依赖。
使用燃料电池的电动汽车是减少温室气体排放和限制气候变化努力的重要一步。这些电池可以用氧气和压缩的氢气发电，从而减少对化石燃料的需求。
阻碍了这项技术的广泛推出的问题之一是燃料电池的成本可能是完全限制性的。这肯定是质子交换膜（PEM）燃料电池的情况 - 用于动力汽车和其他车辆的最佳候选者。
这些燃料电池需要非常活跃的催化剂来帮助氧还原，从而为它们提供动力。在这些高效、清洁的燃料电池中，目前用作催化剂的铂金属占总成本的一半。催化剂是一种加速化学反应而不发生变化或自身消耗的材欧洲杯足球竞彩料。
因此，为PEM燃料电池寻找一种更便宜的替代催化剂，使这些设备更便宜，是制造商和研究人员共同感兴趣的领域。
这正是由太平洋西北地区国家实验室（PNNL）的材料科学家领导的多机构研究团队（PNNL）的突破相信他们受到了袭击。欧洲杯足球竞彩研究人员设计了一种也耐用的活性催化剂，并且不依赖于昂贵的铂金。
该团队的研究发表于最新版本的期刊催化¹性质。
使过渡更便宜的燃料电池
燃料电池像电池一样工作，但不需要消耗或充电——只要有燃料就能产生能量。它们由两个夹在电解质周围的电极组成。PEMs的工作原理是使用质子导电聚合物膜作为电解质，氢作为燃料。但它们所依赖的过程，反过来又依赖于一种催化剂。
一段时间以来，科学家们一直在寻找一种铂作为PEM燃料催化剂的替代品。这项工作的主要焦点是其他金属，主要是过渡金属，如铁。使用这些金属的问题是，它们在PEMs中快速分解，而PEMs是高酸性的环境。
为了打击这一点，该团队转向钴 - 一种过渡金属，它比铁的反应较小 - 希望它能够承受PEM燃料电池的酸性环境。当然，钴也带来它的利益远远超过铂金。
钴的缺点是它缺乏反应性，这使得它作为催化剂的效率低于铁。
我们知道钴、氮和碳的结构是催化剂反应效率的关键，活性中心密度对性能至关重要。我们的目标是真正提高钴基催化剂的反应活性。
邵玉燕，材料科学家，太平欧洲杯足球竞彩洋西北国家实验室
迫使钴到反应
为了迫使钴发生反应，研究小组采取的第一步是将钴固定在一种名为沸石咪唑啉的金属有机框架的微孔中。这就像一个保护栅栏，限制了钴原子的迁移，也防止了原子聚集在一起。
研究小组随后使用了一种称为热解的热分解过程——这一过程更常用来处理有机材料——来将书写的原子转化为催化活性位点。欧洲杯足球竞彩这些网站仍然保留着他们创建的框架结构。
研究小组发现，活性部位的密度增加了。这产生了连锁反应，大大提高了它们的反应能力。事实上，该团队观察到的反应活性是非铂基催化剂中最高的。
正如所希望的那样，该团队还发现钴模型比铁基催化剂更耐用，它抵抗“脱金属作用”(即金属离子的浸出)的时间更长。这意味着它能够在很长一段时间内保持催化活性。
该团队的研究可以同时使它们更便宜地提高PEM燃料电池的效率。毫无疑问，这将被视为汽车行业的巨大福音，这些植物行业迫切试图减少碳排放。
最后，我们不仅提高了钴基催化剂的活性，而且显著提高了耐久性。我们的进一步调查导致我们发现通常降解这些类型的催化剂的机制。
邵玉燕，材料科学家，太平欧洲杯足球竞彩洋西北国家实验室
参考文献
邵。Y.，谢。X.，他。C。，等,[2020]，“对质子交换膜燃料电池的单射常压催化剂的性能增强和降解机制鉴定”自然催化，[https://doi.org/10.1038/s41929-020-00546-1]
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