蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，美國和中國的研究人員開發(fā)了一種催化劑，解決了直接乙醇燃料電池 (DEFC) 長期以來存在的三個關(guān)鍵問題：效率低、催化材料成本高以及電芯內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)具有毒性。這為推廣由直接乙醇燃料電池驅(qū)動的清潔汽車開辟了道路。

（圖片來源：俄勒岡州立大學(xué)）

由中佛羅里達大學(xué)（University of Central Florida）、俄勒岡州立大學(xué)（Oregon State University）、匹茲堡大學(xué)（University of Pittsburgh）和中國深圳南方科技大學(xué)（Southern University of Science and Technology）的研究人員組成的團隊發(fā)現(xiàn)，將氟原子置入鈀-氮-碳催化劑中具有諸多積極影響，包括使功率密集型電池保持穩(wěn)定近6000小時。

最近，在許多“緩慢”的新興電催化系統(tǒng)中，局部配位環(huán)境（LCE）被證明在促進反應(yīng)動力學(xué)方面發(fā)揮著重要作用。例如，高能直接乙醇燃料電池（DEFC）的廣泛應(yīng)用，受到“緩慢的”12電子乙醇氧化反應(yīng)（EOR）和4電子氧還原反應(yīng)（ORR）的阻礙。

經(jīng)典設(shè)計是通過在導(dǎo)電碳載體中嵌入金屬-氮（OM-N）活性基團來改善ORR動力學(xué)，從而形成M-N-C配位。其它雜原子（X=P，S，B等）也嵌入碳載體中，形成M-X-C配位，以改善ORR動力學(xué)，這極可能是通過原子間的協(xié)同作用來進行的。LCE被認(rèn)為是低維催化劑的重要調(diào)節(jié)因素，如單原子位點催化劑，因其對LCE具有較高的靈敏度。然而，如何在大尺寸催化劑（即納米材料和商用材料）中實現(xiàn)LCE概念，這一根本問題仍未解決。EOR順利進行的前提條件是至少有三個連續(xù)的原子位點，這使調(diào)控LCE變得更難。

研究人員為此通過有效策略設(shè)計來調(diào)控LCE，并在M/X–C催化劑中創(chuàng)建催化M–X基團，在其中引入F配位，以削弱C-X鍵并驅(qū)動X原子至金屬位點。尤其是使用經(jīng)典Pd/N–C作為模型催化劑來驗證概念，并探索潛在材料化學(xué)特性，因其對EOR和ORR具有雙重功能。據(jù)證明，對于調(diào)節(jié)其他Pd/X–C (X = P, S, B)和商用催化劑 (Pd/C和Pt/C)的LCE，這一策略也是有效和通用的。

研究人員正在籌集資金，以開發(fā)用于便攜式設(shè)備和車輛的DEFC單元原型。如果成功的話，可以在五年內(nèi)推出一款商業(yè)化設(shè)備。

研究人員表示，第一輛由乙醇燃料電池驅(qū)動的汽車是在2007年開發(fā)的。然而，由于DEFC的效率低、催化劑成本，而且燃料電池內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳可能導(dǎo)致催化劑中毒，該類汽車的深入發(fā)展明顯滯后。為了解決這些問題，研究團隊開發(fā)了高性能鈀合金催化劑，與目前的鈀基催化劑相比，這種催化劑使用的貴金屬更少。

該團隊證明，在鈀-氮-碳催化劑中引入氟原子，可以改變鈀周圍的環(huán)境，從而提高電芯中兩類重要反應(yīng)的活性和耐久性，包括乙醇氧化反應(yīng)和氧還原反應(yīng)。在阿貢進行的先進同步加速器X射線光譜表征表明，引入氟原子可以創(chuàng)造更富氮的鈀表面，從而促進催化過程。通過抑制鈀遷移和減少碳腐蝕，提高耐久性。

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