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铁碳氮也能做燃料电池的催化剂？氢燃料广泛部署成为可能
2022年04月26日 10:28:57
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：4555
近日，英国伦敦帝国理工学院开发出一种氢燃料电池，只使用铁、碳和氮，这种廉价且容易获得的材料作催化剂。
【化工仪器网 项目成果】氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换为电能的一种发电装置，其原理就是电解水的逆反应，将氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。氢电池将氢气转化为电能，唯一的副产品就是水蒸气，这使得它们成为了一种有吸引力的绿色替代能源，尤其是对于汽车行业而言。
然而氢燃料电池的广泛使用在一定程度上受到了主要部件之一的成本的阻碍。目前燃料电池中常用的商用催化剂是铂，铂具有良好的分子吸附、离解特性，因此铂催化剂成为最理想、也是当前唯一商业化的催化剂材料。但是，铂金属价格昂贵，我国的储存量也非常短缺，铂昂贵的价格对于燃料电池大规模商业化是个极大的阻碍。若要想使燃料电池成为化石燃料真正可行的替代品，降低成本是必要的。
近日，英国伦敦帝国理工学院开发出一种氢燃料电池，只使用铁、碳和氮，这种廉价且容易获得的材料作催化剂。在这种新型催化剂中，所有的铁都以单原子的形式分散在导电碳基质中。其中所有原子都聚集在一起，使其更具反应性。这些特性意味着铁促进了燃料电池所需的反应，是铂的良好替代品。在实验室测试中，该团队表明，在真实的燃料电池系统中，单原子铁催化剂的性能接近铂基催化剂。
不仅如此，该研究团队所开发的方法还适用于除燃料电池之外的其他应用，例如使用大气中的氧气而非昂贵的化学氧化剂作为反应物的化学反应，以及使用空气去除有害污染物的废水处理。利用这种‘金属转移’的合成方法来制造一系列‘单原子’催化剂，避免了在合成过程中形成铁簇，为一系列新的化学和电化学过程提供了机会。
铁、碳和氮这些廉价且容易获得的材料作催化剂，并且可以用来在高功率下运行燃料电池。‘金属转移’让氢燃料广泛部署成为可能，最终将减少温室气体排放推进世界走上净零排放的道路。该团队的研究结果25日发表在《自然·催化》杂志上。
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