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核-壳结构乙醇燃料电池催化剂被研发,可用于从乙醇中获取电能

时间:  2019-07-31 15:25   来源:  中国氢能源网    作者:  网络转载

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据外国媒体报道,美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室和阿肯色大学的科学家开发出一种高效催化剂,用于从乙醇中获取电能。“美国化学学会杂志”中描述的这种催化剂将乙醇的电化学氧化控制在理想的化学途径中,从而释放液体燃料的储存能量的全部潜力。

核-壳结构乙醇燃料电池催化剂被研发,可用于从乙醇中获取电能

这种催化剂可以改变游戏规则,使乙醇燃料电池成为一种有前途的高能量密度离网电源,其中,有一个特别有前景的应用:液体燃料电池驱动的无人机。与电池相比,乙醇燃料电池重量轻。他们将为使用液体燃料操作无人机提供足够的动力。

大部分乙醇的潜在能量被锁定在形成分子骨架的碳 - 碳键中。团队开发的催化剂表明,在正确的时间打破这些键是解锁储存能源的关键。

乙醇的电氧化每分子可产生12个电子,但是,多数的反应途径导致不完全氧化:催化剂使碳 - 碳键保持完整,释放出更少的电子。它们还在该过程的早期剥离氢原子,使碳原子暴露于一氧化碳的形成,这会使催化剂随时间推移起作用的能力“中毒”。

这种新型催化剂结合了布鲁克海文科学家一直在探索一系列催化反应的独特核壳结构中的活性元素,加速了所有这些步骤。

为了制造催化剂,阿肯色大学的Jingyi Chen在该项目的一部分期间担任布鲁克海文的访问科学家,开发了一种合成方法,将铂和铱共沉积在金纳米粒子上。铂和铱在金纳米颗粒的表面上形成“单原子岛”。

石溪大学研究生和该论文的第一作者Zhixiu Liang在Wang的实验室进行了研究,以了解催化剂如何实现其创纪录的高能量转换效率。他使用“原位红外反射 - 吸收光谱”来鉴定反应中间体和产物,将新催化剂产生的那些与使用金 - 核/铂 - 壳催化剂和铂 - 铱合金催化剂的反应进行比较。

通过测量红外光在反应的不同步骤被吸收时产生的光谱,这种方法使我们能够在每一步跟踪形成的物种和每种产品的含量,光谱显示新催化剂将乙醇引向12-电子全氧化途径,释放出燃料储存能量的全部潜力。

除了这里描述的细节之外,科学家还在国家同步加速器光源II(NSLS-II) - 美国能源部科学用户设施办公室 - 使用内壳光谱(ISS)光束线来表征每个元素的相对数量。该论文的另外一些合着者是:Brian Song和Brookhaven Lab化学部的Radoslav R. Adzic,实验室凝聚态物理和材料科学部的Shiqing Deng和Yimei Zhu,以及NSLS-II的Eli Stavitski。

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