美国研发出燃料电池分子催化剂

为谋求更好、更经济的方法来存储和利用能源，铂等贵金属发挥了重要的作用。它们作为催化剂推进了最高效的燃料电池，但却过于稀有昂贵。现在，一种用于燃料电池的非金属催化剂替代品已经出现。7月15日发表在ACS中央科学的研究报告中，一队来自威斯康星大学麦迪逊分校的化学家介绍了一种使用分子催化剂替代固体催化剂的新方法。虽然分子催化剂以前就出现过，但早期的例子比传统的铂催化剂效率低得多。

燃料电池通过在2个不同的电极使氢气和氧气发生反应，从而将化学能转化为电能。催化剂使该反应更有效。

威斯康星大学麦迪逊分校的化学教授Shannon Stahl和实验室研究员James Gerken从组里以前关于化工行业氧气应用的催化剂研究中获得灵感。他们注意到这些有氧氧化反应和燃料电池中的有氧反应之间有着惊人的相似，便决定看看他们是否可以将类似的方法应用到燃料电池中。

该新型催化剂是由叫做nitroxyls和氮氧化物分子的混合物构成。这些分子伙伴配合默契，其中一个与电极能很好地反应，而另一个能与氧气有效反应。

“虽然此前这种催化剂组合在有氧氧化反应中已经被使用过，但我们不知道这是否会是一个很好的燃料电池催化剂。”Stahl说，“事实证明，这是迄今为止报道的最有效的分子催化剂体系。”

由于该方法涉及气体、液体和固体之间的化学反应，所以从概念发展到示范是个不小的壮举。在进行模型系统测试之前，Gerken花了几个月的时间研究和优化他们设想安装的设备的每个组件。

“这项工作表明，分子催化剂首次效率能接近铂。”Gerken说，“分子催化剂的好处是，你可以继续修改其结构，以进一步达到更高的效率。”

这项工作是由美国能源部通过分子电催化中心、能源前沿研究中心支持的。Stahl和Gerken相信该中心可以促进各化学学科间的交叉研究，并为该领域的未来进步开辟道路。

来源：新材料在线