作者：TechnicalUniversityofMunich

慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的一個(gè)跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為燃料電池中的催化作用建造了鉑納米顆粒：這種新型尺寸優(yōu)化催化劑的性能是目前市面上最好的催化劑的兩倍。

燃料電池可以很好地代替電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。他們消耗氫氣，這種氣體可以利用風(fēng)力發(fā)電廠的剩余電力來(lái)生產(chǎn)。然而，用于燃料電池的鉑是罕見(jiàn)的，而且非常昂貴，這一直是目前應(yīng)用中的一個(gè)限制因素。

慕尼黑理工大學(xué)（TUM）的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，由無(wú)機(jī)和有機(jī)金屬學(xué)化學(xué)教授羅蘭·費(fèi)舍爾（RolandFischer）、能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)物理教授阿里克桑德·班達(dá)倫卡（AliaksandBandarenka）和能量轉(zhuǎn)換納米系統(tǒng)模擬教授阿萊西奧·加利亞迪（AlessioGaglaridi）領(lǐng)導(dǎo)，目前已選擇將鉑顆粒的尺寸縮小到一定程度，使其性能達(dá)到目前市面上最好的工藝水平的兩倍。

理想：一個(gè)鉑“蛋”只有一納米大

在燃料電池中，氫與氧反應(yīng)生成水，在此過(guò)程中產(chǎn)生電能。為了優(yōu)化這種轉(zhuǎn)化過(guò)程，需要在電極上使用復(fù)雜的催化劑。鉑在氧化還原反應(yīng)中起著中心作用。

為了尋找一個(gè)理想的解決方案，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)完整系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型。核心問(wèn)題是：一個(gè)鉑原子團(tuán)能有多小，并且仍然具有很強(qiáng)的催化作用？“事實(shí)證明，鉑堆有一定的最佳尺寸?！辟M(fèi)舍爾解釋說(shuō)。尺寸約為1納米且含有約40個(gè)鉑原子的粒子是理想的。這種尺寸的鉑催化劑體積小，但有大量的高活性點(diǎn)，具有高質(zhì)量活性，Bandarenka說(shuō)。

跨領(lǐng)域合作

催化研究中心（CRC）的跨學(xué)科合作是研究團(tuán)隊(duì)成果的一個(gè)重要因素。結(jié)合建模的理論能力、聯(lián)合討論以及從實(shí)驗(yàn)中獲得的物理和化學(xué)知識(shí)，最終得出了一個(gè)模型，該模型顯示了如何以所涉及組件的理想形式、尺寸和尺寸分布設(shè)計(jì)催化劑。

此外，CRC還擁有創(chuàng)建和實(shí)驗(yàn)測(cè)試計(jì)算出的鉑納米催化劑所需的專業(yè)知識(shí)?！斑@需要很多無(wú)機(jī)合成的技術(shù)。”KathrinKratzl說(shuō)，與BatyrGarlyyev和MarlonR_ck一起，這項(xiàng)研究的三位主要作者之一。

效率是傳統(tǒng)催化劑的兩倍

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確地證實(shí)了理論預(yù)測(cè)。“我們的催化劑的效率是市場(chǎng)上最好的傳統(tǒng)催化劑的兩倍，”Garlyyev說(shuō)，他補(bǔ)充說(shuō)，這仍然不足以用于商業(yè)應(yīng)用，因?yàn)槟壳般K量減少50%必須增加到80%。

除了球形納米顆粒外，研究人員還希望從更復(fù)雜的形狀中獲得更高的催化活性。在合作伙伴關(guān)系中建立的計(jì)算機(jī)模型非常適合這種建模?！比欢?，更復(fù)雜的形狀需要更復(fù)雜的合成方法，”Bandarenka說(shuō)。這將使計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究在未來(lái)變得越來(lái)越重要。