燃料电池有新希望了?-麻省理工开发低成本可调节催化剂

(图示为艺术家表现的新型碳基催化剂,可以将二维石墨烯片的边界相联接起来。图片来源: Jose-Luis Olivares MIT)化学反应可以通过调整新型碳系催化剂



(图示为艺术家表现的新型碳基催化剂,可以将二维石墨烯片的边界相联接起来。图片来源: Jose-Luis Olivares/MIT)


化学反应可以通过调整新型碳系催化剂来进行提升。这种催化剂可以取代目前在燃料电池中使用的昂贵的稀有金属催化剂。


这个新开发的催化剂是由石墨制成,其额外的化合物连接到组成石墨烯的二维薄片的边缘。该催化剂的特性可以通过改变组合物和另外的化合物的数量来改变,以促进特定的化学反应。


麻省理工学院化学烯助理教授YogeshSurendranath,以及他的团队在JACS -《美国化学学会》杂志上描述了这种新的催化剂。


催化剂仅仅是促进化学反应,他们不参与这个过程。催化剂甚至微量的反复动作都对已知的过程有巨大和持久的影响。


在像电解槽或燃料电池设备中,重要的电催化剂可以分为两种类型:分子型或异构型。分子电催化剂可以通过化学处理很容易地进行调整。因此,它们的选择性和反应性可根据具体的应用需求来定制。相反,异构电催化剂不能被精确调整。它们因其在装置中的耐久性和易于加工性而闻名。


“我们想要做的是找出一种方法来桥连这两个世界,”Surendranath解释说。


Surendranath的团队努力来在两种类型的催化剂之间创造桥梁,通过设法用化学改性改变石墨的结构,以提供所需的调谐性。


Surendranath表示,纯碳,被戏称为电池和燃料电池的“通用电极材料”,是一个基体材料。通过使这种催化剂材料像高分子一样可调节,研究人员正在为这些材料创造新的设计方法。这些材料是一些化学生产过程的重要组成部分。


Surendranath解释道,除了燃料电池的应用,新的催化剂还可以促进,诸如还原二氧化碳成为可用的燃料,这样的化学反应。使用这种催化剂有助于最小化主要的温室气体,而其可以带来气候变化,并将其转换成一种可再生的和有用的燃料。


“这篇文章中介绍的初步研究结果,我们认为只是巨大冰山的一角,”Surendranath补充说,因为其基本成分是“我们用众所周知的非常便宜的材料进行化学修改。”


在实验室运行的转化系统中最大的阻碍在于,无法扩大生产过程。“你必须能够高效地扩大生产,”Surendranath说。事实上,新催化剂的基础是“一类已经规模化的材料,像油漆、橡胶一样的商品,”可以使扩大化的过程相对简单,他说; “所有的关键已经存在了”。


Surendranath说,这是特别令人兴奋的一个发现,因为化学家“通常需要使用一个精炼过的材料,然后对它的属性进行加工。但在这种情况下,它使我们可以利用廉价而含量丰富的材料,并把它变成一个有价值的材料。这是一个不同的模式。”

美国能源部门支持这项研究工作的一部分。


来自MIT的博士后Tomohiro Fukushima,和加州劳伦斯国家实验室的 WalterDrisdell和 Junko Yano 也是这个团队的一部分。


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作者: 新材料在线
发布日期:2015-10-01 05:29:34  原文链接:点此查看原文