合理設計可提高氫燃料電池效率

據http://www.physorg.com/網站報道
，合(he)理(li)設(she)計(ji)可(ke)提(ti)高(gao)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)效(xiao)率(lv)。氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)可(ke)以(yi)將(jiang)氫(qing)燃(ran)料(liao)轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)能(neng)，其(qi)應(ying)用(yong)潛(qian)力(li)十(shi)分(fen)巨(ju)大(da)，應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)也(ye)十(shi)分(fen)廣(guang)闊(kuo)

，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)交(jiao)通(tong)運(yun)輸(shu)和(he)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)。目(mu)前(qian)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)應(ying)用(yong)規(gui)模(mo)還(hai)很(hen)小(xiao)，想(xiang)要(yao)擴(kuo)大(da)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)應(ying)用(yong)規(gui)模(mo)

、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。

目(mu)前(qian)，絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)都(dou)是(shi)使(shi)用(yong)貴(gui)金(jin)屬(shu)鉑(bo)作(zuo)為(wei)催(cui)化(hua)劑(ji)。尋(xun)找(zhao)鉑(bo)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)替(ti)代(dai)物(wu)是(shi)一(yi)項(xiang)十(shi)分(fen)嚴(yan)峻(jun)的(de)挑(tiao)戰(zhan)，因(yin)為(wei)隻(zhi)有(you)少(shao)數(shu)材(cai)料(liao)能(neng)夠(gou)耐(nai)受(shou)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)強(qiang)酸(suan)性(xing)溶(rong)劑(ji)(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)jiegouzechongdangjizhidejiaose。julishuoming，yanjiurenyuanshiyongjinzuoweicuihuajidediyiceng
，shiyongliaozuoweidiercengkeyitiaoxiejinceng
，bingqiehaikeyizengqiangqiyanghuahaiyuanfanyingnengli。juyanjiurenyuanyuce，ruguoshiyongbazuoweicuihuajidediyiceng
，namekeyishiyongtiezuoweitiaoxiecailiao。liaohetiedoubuhuiyusuanxingrongjifashengfanying
，danrengyouzhuyucuihuajicuihuaxiaolvdetigao。zaishangshuliangzhongqingkuangzhixia
，yanjiurenyuandoushishiyongwuzuoweijizhi
，budankeyizengqiangcuihuajixingneng，haikeyikoujinzhongjianceng。

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、wendingxingyijirelixuefanyingzhongjianti，zhihouxunzhaoshiyanshiceshizheyijijuqianjingdecuihuaji。yanjiurenyuanyanfadezhezhongfangfahaikeyicongwendingjiegouyanjiuyanshenzhifeijunxiangcuihuajifanyingyanjiu。