Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали новый способ изготовления недорогих одноатомных катализаторов для топливных элементов - достижение, которое может сделать важные экологически чистые энергетические технологии более экономически жизнеспособными.
Их работа опубликована в журнале Advanced Energy Materials.
Водородные топливные элементы имеют решающее значение для экономики экологически чистой энергии, поскольку они более чем в два раза эффективнее вырабатывают электроэнергию, чем загрязняющие окружающую среду двигатели внутреннего сгорания. Их единственным продуктом жизнедеятельности является вода.
Однако высокая цена катализаторов на основе платины, которые используются для химической реакции в топливных элементах, существенно сдерживает их коммерциализацию.
Вместо редкой платины исследователи хотели бы использовать недрагоценные металлы, такие как железо или кобальт. Но реакции с этими широко доступными металлами, как правило, перестают работать через короткое время.
"Недорогие катализаторы с высокой активностью и стабильностью имеют решающее значение для коммерциализации топливных элементов." сказал Цюронг Ши, научный сотрудник Школы машиностроения и материаловедения (MME) и соавтор статьи.
Недавно исследователи разработали одноатомные катализаторы, которые работают так же хорошо в лабораторных условиях, как и при использовании драгоценных металлов. Исследователям удалось улучшить стабильность и активность недрагоценных металлов, работая с ними на наноуровне в качестве одноатомных катализаторов.
В этой новой работе исследовательская группа WSU под руководством Юэ Линь, профессора MME, использовала соли железа или кобальта и низкомолекулярный глюкозамин в качестве прекурсоров в прямом высокотемпературном процессе для создания одноатомных катализаторов. Этот процесс может значительно снизить стоимость катализаторов и может быть легко расширен для производства.
Разработанные ими железоуглеродные катализаторы были более стабильны, чем коммерческие платиновые катализаторы. Они также сохраняли хорошую активность и не загрязнялись, что часто является проблемой для обычных металлов.
«Этот процесс имеет много преимуществ», - сказал Чэнчжоу Чжу, первый автор статьи, разработавший высокотемпературный процесс. «Это делает возможным крупномасштабное производство и позволяет нам увеличить количество и повысить реакционную способность активных центров на катализаторе».
Группа Лина сотрудничала в этом проекте со Скоттом Бекманом, адъюнкт-профессором MME в WSU, а также с исследователями Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории и Брукхейвенской национальной лаборатории для характеристики материалов.
«Усовершенствованная лаборатория для определения характеристик материалов в национальных лабораториях выявила одноатомные центры и активные фрагменты катализаторов, что привело к улучшению конструкции катализаторов», - сказал Лин.