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新催化劑“喚醒”燃料電池生命力

2026-04-11 15:35:034163

　　開發具有高氧氣還原催化活性、抗甲醇幹擾和高穩定性的廉價氧氣還原催化材料一直是業內研究的熱點領域。　　隨(sui)著(zhe)全(quan)球(qiu)能(neng)源(yuan)危(wei)機(ji)的(de)到(dao)來(lai)，以(yi)及(ji)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)問(wen)題(ti)的(de)日(ri)益(yi)嚴(yan)重(zhong)，可(ke)持(chi)續(xu)能(neng)源(yuan)的(de)開(kai)發(fa)利(li)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)地(di)被(bei)人(ren)們(men)關(guan)注(zhu)並(bing)寄(ji)予(yu)厚(hou)望(wang)，其(qi)中(zhong)就(jiu)包(bao)括(kuo)可(ke)持(chi)續(xu)能(neng)源(yuan)的(de)儲(chu)存(cun)與(yu)轉(zhuan)化(hua)。

　　氧氣還原催化材料引關注 　　燃ran料liao電dian池chi因yin其qi優you越yue的de性xing能neng和he環huan境jing無wu汙wu染ran性xing，一yi直zhi是shi可ke持chi續xu能neng源yuan研yan究jiu領ling域yu的de熱re點dian之zhi一yi。燃ran料liao電dian池chi的de能neng量liang轉zhuan化hua效xiao率lv高gao，它ta可ke以yi直zhi接jie將jiang燃ran料liao的de化hua學xue能neng轉zhuan化hua為wei電dian能neng，中zhong間jian不bu經jing過guo燃ran燒shao過guo程cheng，因yin而er不bu受shou卡ka諾nuo循xun環huan的de限xian製zhi。燃ran料liao電dian池chi係xi統tong的de燃ran料liao—電能轉換效率在45%～60%，而火力發電和核電的效率大約在30%～40%。　　其中，作為整個燃料電池反應決速步驟的陰極氧氣還原反應尤為重要，因為其效率高低直接決定整個燃料電池的效率水平。　　然ran而er，由you於yu其qi采cai用yong貴gui金jin屬shu鉑bo或huo合he金jin納na米mi粒li子zi作zuo為wei電dian極ji催cui化hua材cai料liao，使shi燃ran料liao電dian池chi的de發fa展zhan受shou到dao很hen大da限xian製zhi。據ju初chu步bu估gu算suan，燃ran料liao電dian池chi中zhong鉑bo材cai料liao的de成cheng本ben占zhan整zheng個ge燃ran料liao電dian池chi成cheng本ben的de40%左右。此外，鉑催化劑還具有另一大缺點——抗甲醇毒化性較差，而這直接導致電池的使用效率大大降低。　　因此，開發具有高氧氣還原催化活性、抗甲醇幹擾和高穩定性的廉價氧氣還原催化材料一直是業內研究的熱點領域。　　銀的價格不到鉑的2%，且qie對dui氧yang氣qi還hai原yuan具ju有you一yi定ding的de催cui化hua活huo性xing，很hen有you希xi望wang成cheng為wei用yong來lai替ti代dai鉑bo的de氧yang氣qi還hai原yuan反fan應ying電dian催cui化hua劑ji。不bu過guo，從cong實shi際ji效xiao果guo來lai看kan，銀yin的de性xing能neng還hai遠yuan不bu如ru鉑bo催cui化hua劑ji。　　kaolvdaocuihuajidediancuihuahuoxingyucuihuajikelizhijianyouxiaodedianzichuandiyouzhemiqiedeguanxi，zhongkeyuanguochengsuodeyanjiurenyuanjingguobuxienuli，zhongyuyanfachuyizhongjiangyinnamiliziyugaodaodianxingzaititannamiguanfuhedefangfa，congeryouxiaoditigaoleyinnamilizidediancuihuahuoxing。　　與零維的銀納米粒子相比，一維銀納米線（agnws）youyuqichaogaodedaodianxing，yeshilingyizhongqianzaidegaoxiaoyanghaiyuancuihuaji。danmuqianbaodaoqixiaoguohaiwufalingrenmanyi。yanjiurenyuanjiaode，daozhiyinnamixiancuihuahuoxingdidezhuyaoyuanyinkenengyuqidichangjingbiyouguan，yinerwufaxingchengyouxiaodedianzichuanditongdao。　　銀納米網與石墨烯“完美結合” 　　如果能夠製備一種由具有高長徑比的銀納米線組成的二維銀納米網絡結構材料（agnn）)，由於具有更好的電導和熱導性能，因此與零維、一維材料相比應該會具有更好的催化活性與穩定性能。並且，由於它們不容易發生聚集、溶解以及ostwald熟化，agnn有望成為一種新型的氧氣還原反應高活性電催化劑。
　此ci外wai，為wei了le提ti高gao催cui化hua劑ji的de電dian催cui化hua活huo性xing，研yan究jiu人ren員yuan又you通tong過guo用yong更geng高gao導dao電dian性xing的de石shi墨mo烯xi作zuo為wei負fu載zai材cai料liao，得de到dao了le進jin一yi步bu提ti升sheng複fu合he材cai料liao的de電dian催cui化hua活huo性xing的de效xiao果guo。　　最zui近jin，從cong中zhong科ke院yuan過guo程cheng工gong程cheng研yan究jiu所suo傳chuan來lai好hao消xiao息xi，在zai國guo家jia自zi然ran科ke學xue基ji金jin委wei的de大da力li支zhi持chi下xia，該gai所suo的de研yan究jiu人ren員yuan發fa展zhan了le一yi種zhong簡jian單dan普pu適shi的de方fang法fa，製zhi備bei了le由you長chang徑jing比bi高gao達da2000的銀納米線自編織而組成的銀納米網/石墨烯納米複合材料。　　研究人員通過采用多酸（poms）作為唯一的還原劑、包覆劑，在室溫下一步同時還原金屬離子以及氧化石墨（go），成功大規模地製備了二維agnn@pom-gnss納米複合材料，多酸在銀納米網與石墨烯之間同時起了鏈接劑的作用。　　研究發現，該材料具有很好的電催化氧氣還原反應性能，其電催化的起始電位已經接近了商業鉑/碳材料，並且在很大電壓範圍內，比鉑/碳材料具有更大的極限電流密度及更好的穩定性能，還具有很好的抗甲醇幹擾性能。　　尤其值得注意的是，該複合材料具有比商業化的鉑/碳(tan)材(cai)料(liao)更(geng)好(hao)的(de)催(cui)化(hua)穩(wen)定(ding)性(xing)，有(you)望(wang)實(shi)現(xian)對(dui)貴(gui)金(jin)屬(shu)鉑(bo)的(de)替(ti)代(dai)。特(te)別(bie)是(shi)這(zhe)種(zhong)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)製(zhi)備(bei)工(gong)藝(yi)簡(jian)單(dan)，可(ke)方(fang)便(bian)地(di)實(shi)現(xian)規(gui)模(mo)化(hua)生(sheng)產(chan)，產(chan)業(ye)化(hua)前(qian)景(jing)樂(le)觀(guan)，值(zhi)得(de)期(qi)待(dai)。