新发现可以提高PEM燃料电池在未来技术的功能

”其本身就具有交换质子膜(PEM)燃料电池是一种能量存储技术,将有助于降低交通的环境足迹。这些燃料电池利用化学反应称为氧气减少。

这个反应需要一个低成本的催化剂广泛的商业应用。Nitrogen-doped碳就是这样的一个催化剂,但化学氮掺杂是如何工作的非常有争议的细节。这样的知识是很重要的提高PEM燃料电池在未来技术的功能。

在最近发表的一项研究《应用化学》筑波大学的研究人员报道,国际版化学细节优化氧还原反应在酸性条件下PEM燃料电池。这个配置可以帮助碳催化剂吸附氧的方式使燃料电池的功能。

氮可以采用不同的连接配置,如pyridinic nitrogen-doped碳催化剂。多年来,研究人员试图确定哪些键配置是PEM燃料电池的电解活动的来源。

这些研究的结果可能会不清楚,除非反应机制阐明控制键和晶体取向上的氮原子的催化剂。

“我们七个氮分子在亚晶状的炭黑沉积催化剂与齐次模型催化剂结构,”教授说,他是这项研究的主要作者Kotaro Takeyasu。”我们发现1 10-phenanthroline pyridinic两个氮原子的扶手椅边催化剂,与参考电流密度最高的活动。”

硫酸催化剂完全acidifed氮原子。oxygen-saturated条件下施加一个适当的电压,使质子化的氮原子在催化剂降低。这是由于同时氧气吸附,因为没有减少nitrogen-saturated条件。

“密度泛函理论计算还表明,氧吸附促进减少完全质子化了的氮原子,”资深作者解释道,中村Junji教授。“因此,氧气吸收到催化剂同时,氮原子减少额外的催化循环。”

当前PEM燃料电池使用铂催化剂。因为铂是一种稀有金属,它不是一个现实的选择长期的商业应用。因此,不会使PEM燃料电池铂催化剂为低碳经济作出贡献。

这里描述的发现将有助于研究人员提高碳基催化剂对PEM燃料电池的性能和改善交通的可持续性。

这篇文章,“pyridinic氮的作用机制的碳electrocatalysts氧还原反应,”发表在《应用化学》国际版DOI: 10.1002 / anie.202014323

来源:https://www.tsukuba.ac.jp/en/

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