合理設計可提高氫燃料電池效率

據http://www.physorg.com/網站報道，helishejiketigaoqingranliaodianchixiaolv。qingranliaodianchikeyijiangqingranliaozhuanhuaweidianneng

，qiyingyongqianlishifenjuda，yingyongfanweiyeshifenguangkuo
，tebieshizaijiaotongyunshuhefadianxitongyingyonglingyu。muqianqingranliaodianchideyingyongguimohaihenxiao
，xiangyaokuodaqingranliaodianchideyingyongguimo、實(shi)現(xian)產(chan)品(pin)的(de)商(shang)業(ye)化(hua)生(sheng)產(chan)還(hai)需(xu)要(yao)在(zai)兩(liang)個(ge)關(guan)鍵(jian)領(ling)域(yu)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)改(gai)進(jin)

，那(na)就(jiu)是(shi)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)和(he)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)。在(zai)一(yi)份(fen)最(zui)新(xin)研(yan)究(jiu)報(bao)告(gao)中(zhong)，科(ke)學(xue)家(jia)們(men)為(wei)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)設(she)計(ji)出(chu)一(yi)種(zhong)三(san)金(jin)屬(shu)電(dian)催(cui)化(hua)劑(ji)，其(qi)催(cui)化(hua)性(xing)能(neng)要(yao)優(you)於(yu)鉑(bo)催(cui)化(hua)劑(ji)
，在(zai)理(li)論(lun)上(shang)可(ke)以(yi)改(gai)進(jin)上(shang)述(shu)這(zhe)兩(liang)個(ge)關(guan)鍵(jian)領(ling)域(yu)。

muqian，juedaduoshuqingranliaodianchidoushishiyongguijinshubozuoweicuihuaji。xunzhaobocuihuajidetidaiwushiyixiangshifenyanjundetiaozhan，yinweizhiyoushaoshucailiaonenggounaishouranliaodianchideqiangsuanxingrongji(可以溶解大多數過渡金屬)。僅有鉑、銥
、金(jin)和(he)鈀(ba)四(si)種(zhong)元(yuan)素(su)可(ke)以(yi)抵(di)抗(kang)酸(suan)性(xing)溶(rong)劑(ji)的(de)腐(fu)蝕(shi)
，但(dan)是(shi)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)金(jin)屬(shu)都(dou)不(bu)是(shi)十(shi)分(fen)理(li)想(xiang)。鉑(bo)和(he)銥(yi)的(de)儲(chu)量(liang)稀(xi)少(shao)並(bing)且(qie)價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui)，而(er)金(jin)和(he)鈀(ba)的(de)氧(yang)化(hua)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)能(neng)力(li)很(hen)差(cha)
，其(qi)催(cui)化(hua)效(xiao)果(guo)也(ye)不(bu)是(shi)十(shi)分(fen)理(li)想(xiang)。Stolbov和Alcántara Ortigoza的研究專注於提高金和鈀的氧化還原反應能力
，並且通過深入建模方法實現了這一目標。

穩定、高活性氫燃料電池電催化劑合理設計的新概念在理論上提供了解決方案。根據實驗數據顯示：與(yu)使(shi)用(yong)數(shu)十(shi)種(zhong)材(cai)料(liao)進(jin)行(xing)組(zu)合(he)篩(shai)選(xuan)的(de)方(fang)法(fa)相(xiang)比(bi)，該(gai)研(yan)究(jiu)方(fang)法(fa)要(yao)更(geng)加(jia)高(gao)效(xiao)。首(shou)次(ci)嚐(chang)試(shi)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)時(shi)就(jiu)成(cheng)功(gong)的(de)預(yu)測(ce)出(chu)兩(liang)種(zhong)低(di)成(cheng)本(ben)高(gao)活(huo)性(xing)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)。過(guo)去(qu)高(gao)效(xiao)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)設(she)計(ji)工(gong)作(zuo)都(dou)是(shi)通(tong)過(guo)反(fan)複(fu)試(shi)驗(yan)完(wan)成(cheng)，也(ye)有(you)少(shao)數(shu)研(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)是(shi)使(shi)用(yong)計(ji)算(suan)調(tiao)查(zha)方(fang)法(fa)。通(tong)過(guo)合(he)理(li)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)
，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)預(yu)測(ce)不(bu)同(tong)三(san)金(jin)屬(shu)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)表(biao)現(xian)情(qing)況(kuang)，例(li)如(ru)催(cui)化(hua)劑(ji)表(biao)層(ceng)結(jie)構(gou)/形態與電子結構之間的關係、催化劑的穩定性、熱力學反應中間體以及反應動力學。

通過使用這種方法，研究人員找到一種新型三明治結構設計方案。氧化還原反應發生在催化劑的第一層(M1)上，催化劑的第二層(M2)可以調諧第一層的電子機構，第三層(M3)結jie構gou則ze充chong當dang基ji質zhi的de角jiao色se。舉ju例li說shuo明ming，研yan究jiu人ren員yuan使shi用yong金jin作zuo為wei催cui化hua劑ji的de第di一yi層ceng
，使shi用yong釕liao作zuo為wei第di二er層ceng可ke以yi調tiao諧xie金jin層ceng
，並bing且qie還hai可ke以yi增zeng強qiang其qi氧yang化hua還hai原yuan反fan應ying能neng力li。據ju研yan究jiu人ren員yuan預yu測ce
，如ru果guo使shi用yong鈀ba作zuo為wei催cui化hua劑ji的de第di一yi層ceng
，那na麼me可ke以yi使shi用yong鐵tie作zuo為wei調tiao諧xie材cai料liao。釕liao和he鐵tie都dou不bu會hui與yu酸suan性xing溶rong劑ji發fa生sheng反fan應ying，但dan仍reng有you助zhu於yu催cui化hua劑ji催cui化hua效xiao率lv的de提ti高gao。在zai上shang述shu兩liang種zhong情qing況kuang之zhi下xia
，研yan究jiu人ren員yuan都dou是shi使shi用yong鎢wu作zuo為wei基ji質zhi，不bu但dan可ke以yi增zeng強qiang催cui化hua劑ji性xing能neng，還hai可ke以yi扣kou緊jin中zhong間jian層ceng。

三金屬催化劑分層示意圖

研yan究jiu人ren員yuan的de計ji算suan結jie果guo表biao明ming，與yu目mu前qian催cui化hua性xing能neng最zui好hao的de鉑bo催cui化hua劑ji相xiang比bi，使shi用yong金jin和he鈀ba的de三san明ming治zhi形xing催cui化hua劑ji的de反fan應ying性xing要yao高gao得de多duo
，因yin此ci催cui化hua效xiao率lv也ye要yao高gao得de多duo。究jiu竟jing這zhe種zhong催cui化hua劑ji的de催cui化hua效xiao率lv有you多duo高gao還hai需xu要yao通tong過guo具ju體ti實shi驗yan進jin行xing確que定ding.

研yan究jiu人ren員yuan十shi分fen希xi望wang能neng夠gou通tong過guo實shi驗yan驗yan證zheng他ta們men的de發fa現xian，目mu前qian他ta們men正zheng積ji極ji聯lian係xi對dui這zhe些xie材cai料liao感gan興xing趣qu的de實shi驗yan師shi。使shi用yong這zhe種zhong催cui化hua劑ji設she計ji方fang法fa，研yan究jiu人ren員yuan已yi經jing挑tiao選xuan出chu若ruo幹gan個ge三san明ming治zhi結jie構gou組zu合he，這zhe些xie都dou是shi極ji具ju前qian景jing的de催cui化hua劑ji
，也ye許xu能neng夠gou從cong這zhe些xie材cai料liao之zhi中zhong挑tiao選xuan出chu更geng好hao的de催cui化hua劑ji。為wei了le測ce試shi這zhe種zhong催cui化hua劑ji的de合he理li性xing
，研yan究jiu人ren員yuan將jiang通tong過guo計ji算suan方fang法fa研yan究jiu催cui化hua劑ji表biao麵mian的de電dian子zi結jie構gou、穩wen定ding性xing以yi及ji熱re力li學xue反fan應ying中zhong間jian體ti
，之zhi後hou尋xun找zhao實shi驗yan師shi測ce試shi這zhe一yi極ji具ju前qian景jing的de催cui化hua劑ji。研yan究jiu人ren員yuan研yan發fa的de這zhe種zhong方fang法fa還hai可ke以yi從cong穩wen定ding結jie構gou研yan究jiu延yan伸shen至zhi非fei均jun相xiang催cui化hua劑ji反fan應ying研yan究jiu。