近期根據(jù)美國斯坦福大學(xué)科學(xué)家的一項新研究表明，納米級擠壓可顯著提高鉑催化劑性能，使其在燃料動力鋰電池中出現(xiàn)更多能量。

該團隊將鉑催化劑黏合到薄材料上，薄材料隨著電子的進出而膨脹收縮。通過觀察，該團隊發(fā)現(xiàn)將鉑催化劑進行納米級擠壓幾乎可以將其催化活性提高其催化活性兩倍。該研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在十一月二十五日的《科學(xué)》科學(xué)雜志上發(fā)表。

論文重要作者王浩天（HaotianWang）說：“在這項研究中我們發(fā)現(xiàn)普通電池材料可能會限制鉑以及其他金屬催化劑的活性。因此我們提出了一種在原子尺度微調(diào)金屬催化劑的新方法。這種新技術(shù)可以廣泛應(yīng)用到各種清潔能源技術(shù)上，包括使用鉑催化劑出現(xiàn)能量的燃料動力鋰電池和可以將水分解為氧氣和氫氣燃料的鉑電解劑?！?/p>

斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系兼SLAC國家加速器實驗室光子科學(xué)教授崔毅（YiCui）YiCui說：“我們的微調(diào)技術(shù)不僅可以使燃料動力鋰電池更加節(jié)能，還可以新增燃料動力鋰電池的功率輸出。同時，該技術(shù)還可以提高水分解器的氫氣出現(xiàn)效率，并增強促進其他燃料和化學(xué)物質(zhì)的生成?！?/p>

電子結(jié)構(gòu)

催化劑的用途重要是使化學(xué)反應(yīng)更快的同時消耗更少的能量。金屬催化劑的性能重要取決于其電子結(jié)構(gòu)，即如何排列圍繞單個原子的電子。

王浩天說：“催化劑的電子結(jié)構(gòu)要匹配有用的分子，以實現(xiàn)你想要的化學(xué)反應(yīng)，你可以通過壓縮原子或?qū)⑺鼈兝_來調(diào)整催化劑的電子結(jié)構(gòu)?！?/p>

斯坦福研究小組引入了一種新的方法，該方法可以將原子壓縮或分離5%的距離，只有0.01納米。

崔毅稱說：“這看起來似乎沒什么大不了，但它真的是很多實際上確實意義重大。我們是怎么做到的？這真的是電池研究和催化劑的密切結(jié)合。”

實驗電極

該研究集中在鈷酸鋰材料，這種材料被廣泛用做于手機和其他電子設(shè)備的電池材料。研究人員將幾層鈷酸鋰材料堆疊在一起以形成電池狀電極。

崔毅說：“使用電流除去電極上的鋰離子，使其擴展0.01納米，在放電階段重新將鋰離子放入，此時，電極收縮到其原始尺寸。因為鉑金屬被黏合在邊緣位置，當電流新增且在放電收縮期時，鉑金屬會與電極其它部分一起膨脹?！?/p>

有關(guān)實驗，斯坦福團隊在鈷酸鋰材料電極上多添加了幾層鉑金屬。

性能

王浩天說：“使鉑金屬層變形0.01納米或5％對其催化性能有顯著影響。我們發(fā)現(xiàn)壓縮鉑金屬可以使其更加活躍，通過壓縮鉑金屬可以使其在水中還原氧的能力提高90%，這一點可以大大提高氫燃料動力鋰電池的效率。”

共同研究該項目的論文合作者、斯坦福大學(xué)化學(xué)工程教授詹斯·諾斯卡（JensNorskov）說：“這是一個理論家的夢想實驗，幾年前，我們從理論上預(yù)測通過擠壓催化劑可以控制其性能?，F(xiàn)在通過實驗表明，我們的理論是對的?！?/p>

崔毅說：“我們的新技術(shù)供應(yīng)了一種非常強大的方法來控制和調(diào)整催化劑的性能，普通的催化劑可以變得更加很好，良好的催化劑可以變得更加優(yōu)秀?！保ㄎ覈肮I(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟研究院史騰飛丁宏）