為謀求更好、更經(jīng)濟的方法來存儲和利用能源，鉑等貴金屬發(fā)揮了重要的作用。它們作為催化劑推進了最高效的燃料電池，但卻過于稀有昂貴?，F(xiàn)在，一種用于燃料電池的非金屬催化劑替代品已經(jīng)出現(xiàn)。7月15日發(fā)表在ACS中央科學的研究報告中，一隊來自威斯康星大學麥迪遜分校的化學家介紹了一種使用分子催化劑替代固體催化劑的新方法。雖然分子催化劑以前就出現(xiàn)過，但早期的例子比傳統(tǒng)的鉑催化劑效率低得多。

燃料電池通過在2個不同的電極使氫氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而將化學能轉(zhuǎn)化為電能。催化劑使該反應(yīng)更有效。

威斯康星大學麥迪遜分校的化學教授Shannon Stahl和實驗室研究員James Gerken從組里以前關(guān)于化工行業(yè)氧氣應(yīng)用的催化劑研究中獲得靈感。他們注意到這些有氧氧化反應(yīng)和燃料電池中的有氧反應(yīng)之間有著驚人的相似，便決定看看他們是否可以將類似的方法應(yīng)用到燃料電池中。

該新型催化劑是由叫做nitroxyls和氮氧化物分子的混合物構(gòu)成。這些分子伙伴配合默契，其中一個與電極能很好地反應(yīng)，而另一個能與氧氣有效反應(yīng)。

“雖然此前這種催化劑組合在有氧氧化反應(yīng)中已經(jīng)被使用過，但我們不知道這是否會是一個很好的燃料電池催化劑?！盨tahl說，“事實證明，這是迄今為止報道的最有效的分子催化劑體系。”

由于該方法涉及氣體、液體和固體之間的化學反應(yīng)，所以從概念發(fā)展到示范是個不小的壯舉。在進行模型系統(tǒng)測試之前，Gerken花了幾個月的時間研究和優(yōu)化他們設(shè)想安裝的設(shè)備的每個組件。

“這項工作表明，分子催化劑首次效率能接近鉑。”Gerken說，“分子催化劑的好處是，你可以繼續(xù)修改其結(jié)構(gòu)，以進一步達到更高的效率。”

這項工作是由美國能源部通過分子電催化中心、能源前沿研究中心支持的。Stahl和Gerken相信該中心可以促進各化學學科間的交叉研究，并為該領(lǐng)域的未來進步開辟道路。

來源：新材料在線