氫動(dòng)力燃料電池除產(chǎn)生電能外,唯一的副產(chǎn)品是水,因此被看作傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的環(huán)保替代品。但這種燃料電池的電極(化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程在此發(fā)生)需要用到大量“身價(jià)不菲”的鉑。如果沒(méi)有鉑作為催化劑,很難獲得必需的轉(zhuǎn)化效率,因此,鉑正成為發(fā)展氫燃料電池的“攔路虎”。
科學(xué)家們解釋道,氫燃料電池的催化過(guò)程只發(fā)生在鉑表面,而鉑納米粒子可增加鉑表面積,既節(jié)省材料又能提高電極效率,1公斤納米粒子的表面積相當(dāng)于幾個(gè)足球場(chǎng)。另外,讓鉑和鎳或銅等廉價(jià)金屬相混合,還可以節(jié)省更多鉑。
在這一思路指導(dǎo)下,德國(guó)于利希研究中心(FZJ)和柏林工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家成功研發(fā)出高效的鉑鎳催化劑粒子,用于將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)變成水,其中鉑僅為以前用量的1/10。
新催化劑不由以前廣泛使用的圓形納米粒子,而由鉑—鎳合金的正八面體納米粒子組成,正八面體表面的鉑鎳原子擁有獨(dú)特的排列方式,能顯著提高氫氣和氧氣生成水的化學(xué)反應(yīng)速度。
研究人員還使用德國(guó)恩斯特魯斯卡電子顯微學(xué)與電子譜學(xué)中心(ER-C)的超高清電子顯微鏡,對(duì)新納米粒子的原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察。ER-C的馬克·海根博士解釋道:“我們發(fā)現(xiàn),鎳和鉑原子并非均勻地分布在納米正八面體表面,這可以增加其反應(yīng)活性,不過(guò)會(huì)減少其壽命。”
柏林工業(yè)大學(xué)的皮特·斯特拉瑟教授表示:“新研究告訴我們,為獲得最優(yōu)的催化效果,催化劑粒子合適的幾何形狀與其組成及大小一樣重要,我們可借用這一發(fā)現(xiàn)來(lái)改進(jìn)用來(lái)儲(chǔ)能的功能性材料尤其是催化劑的性能。”