触媒材料の燃料電池研究の進歩

最近、中国科学院固体物理学研究所、固体物理学研究所、マイクロナノ技術およびデバイス研究所の研究者であるYue Liは、多孔質金-銀-白金（AuAgPt）の制御において新たな進歩を遂げました。合金ナノ材料とそれらのメタノール触媒作用。関連する研究結果は、Journal of Materials Chemical A（J。Mater.Chem。A、DOI：10.1039 / c8ta04087g）に公開されています。

近年、経済の急速な発展に伴い、中国のエネルギー需要は増加しています。世界が消費する最も重要なエネルギー源として、化石エネルギーは私たちに利便性をもたらし、地球環境に深刻な汚染を引き起こしています。そのため、化石エネルギーに取って代わるクリーンエネルギーの開発がますます重要になっています。燃料電池は、燃料と酸化剤の化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる装置です。水、火力、原子力に次ぐ「第4の発電方法」です。省エネ、高い変換効率、ゼロエミッションの近接性の利点により、エネルギーと環境の問題を解決するための重要な方法になっています。なかでも、メタノール燃料電池は、作業効率が高く、環境にやさしいため、携帯機器に広く使用されています。メタノールは、水素エネルギーと比較して、安価な液体燃料であり、保管が容易で、輸送が容易であり、理論上のエネルギー密度が高くなっています。したがって、メタノール燃料電池は、新エネルギーの分野で非常に優れた応用可能性を秘めています。

現在、メタノール燃料電池の触媒は主に白金ナノ材料で作られていますが、従来の白金ナノ材料は、調製過程で中毒や沈殿などの副作用を引き起こし、白金ナノ触媒の有効面積活性と質量活性が徐々に低下します。 、メタノール燃料電池の寿命に深刻な影響を及ぼします。さらに、白金ナノ材料の調製に必要な金属白金は、貯蔵容量が低く、コストが高く、コストが高いため、バッテリーの大規模な商業的用途には役立たない。メタノール燃料電池触媒の触媒活性と安定性を向上させるために、高屈折率結晶面を有する白金ナノ粒子、中空白金-パラジウム合金、白金など、さまざまな構造の白金および白金ベースのナノ触媒がさまざまな方法で調製されてきました。 。ニッケル合金、銀白金合金などですが、これらの材料の製造方法は、ほとんどの場合、プロセスが複雑で、反応サイクルが長く、上記の触媒活性と安定性の問題は十分に解決されていません。

Yue Liの研究グループは、レーザー誘起法による3次元多孔質AuAgPt三元合金ナノ材料触媒の調製に成功しました。彼らは最初にAu @ Agナノキューブをクロロ白金酸カリウムと反応させてAu @ AgPtナノキューブ（Au @ AgPtNCs）を取得し、次にAu @ AgPtナノキューブに670〜700ボルトのレーザーを照射してAuを作成しました。 @AgPtナノキューブは急速に溶融して固体AuAgPt合金ナノスフェア（固体AuAgPt NS）になり、次に固体AuAgPt合金ナノスフェア中の銀を化学エッチングで除去して単分散の3次元多孔質AuAgPt三元合金ナノスフェア（スポンジ状AuAgPt NS）を得ました。 AuAgPt三元合金ナノスフェアは、従来のプラチナナノ材料よりも安定性が高いだけでなく、比表面積が大きく、反応物を吸着しやすい高密度の活性部位を備えているため、触媒活性とメタノールに対する触媒特性を効果的に向上させることができます。活性（1.62Amg Pt-1）は、固体AuAgPt合金ナノスフェア（0.35Amg Pt-1）および市販のプラチナブラック（Ptblack）（0.32Amg Pt-1）の4.6倍および5.1倍でした。これらの優れた特性は、材料自体の多孔質構造と、材料の表面に高屈折率の結晶面、格子歪み、および双晶境界が存在することから恩恵を受けます。この研究の結果は、使用時の燃料電池の低い触媒活性、不十分な安定性、および短いバッテリー寿命の問題を解決しました。

上記の研究は、中国科学院のクロスチームプロジェクトと国家自然科学基金プロジェクトによってサポートされていました。

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