Progresos en la investigación de pilas de combustible en materiales catalizadores

Recientemente, Yue Li, investigadora del Instituto de Micro-Nano Tecnología y Dispositivos, Instituto de Física del Estado Sólido, Instituto de Física de Sólidos, Academia de Ciencias de China, hizo nuevos avances en el control de oro-plata-platino poroso (AuAgPt) nanomateriales de aleación y su catálisis con metanol. Los resultados de la investigación relevante se publican en Journal of Materials Chemical A (J. Mater.Chem. A, DOI: 10.1039 / c8ta04087g).

En los últimos años, con el rápido desarrollo de la economía, la demanda de energía de China está aumentando. Como la fuente de energía más importante consumida por el mundo, la energía fósil nos ha brindado comodidad y ha causado una grave contaminación al medio ambiente mundial. Por lo tanto, es cada vez más importante desarrollar energía limpia que pueda reemplazar la energía fósil. Una pila de combustible es un dispositivo que puede convertir directamente la energía química en combustible y oxidante en energía eléctrica. Es el "cuarto método de generación de energía" después de la generación de agua, potencia de fuego y energía atómica; debido al ahorro de energía, la alta eficiencia de conversión y las ventajas de proximidad de cero emisiones se han convertido en una forma importante de resolver problemas energéticos y ambientales. Entre ellas, las pilas de combustible de metanol se utilizan ampliamente en equipos portátiles debido a su alta eficiencia de trabajo y respeto al medio ambiente. En comparación con la energía del hidrógeno, el metanol es un combustible líquido más barato, fácil de almacenar, fácil de transportar y tiene una densidad de energía teórica más alta. Por tanto, las pilas de combustible de metanol tienen un potencial de aplicación muy bueno en el campo de las nuevas energías.

En la actualidad, los catalizadores para las pilas de combustible de metanol están hechos principalmente de nanomateriales de platino, pero los nanomateriales de platino convencionales producirán efectos secundarios como envenenamiento y precipitación durante el proceso de preparación, lo que hace que la actividad de área efectiva y la actividad de masa del nanocatalizador de platino disminuyan gradualmente. , afectando seriamente la vida útil de las pilas de combustible de metanol. Además, el platino metálico necesario para la preparación de nanomateriales de platino tiene una capacidad de almacenamiento baja, un coste elevado y un coste elevado, lo que no favorece la aplicación comercial a gran escala de la batería. Para mejorar la actividad catalítica y la estabilidad de los catalizadores de pilas de combustible de metanol, se han preparado nanocatalizadores de platino y a base de platino con diferentes estructuras mediante diversos métodos, como nanopartículas de platino con caras de cristal de alto índice, aleaciones huecas de platino-paladio y platino. . Aleaciones de níquel, aleaciones de plata-platino, etc., pero los métodos de preparación de estos materiales son en su mayoría complicados en el proceso y largos en el ciclo de reacción, y los problemas de estabilidad y actividad catalítica mencionados anteriormente no están bien resueltos.

El grupo de investigación de Yue Li preparó con éxito un catalizador de nanomaterial de aleación ternaria de AuAgPt poroso tridimensional mediante un método inducido por láser. Primero hicieron reaccionar el nanocubo de Au @ Ag con cloroplatinato de potasio para obtener nanocubos de Au @ AgPt (Au @ AgPtNC), y luego irradiaron los nanocubos de Au @ AgPt con un láser de 670-700 voltios para producir Au. Los nanocubos de @AgPt se fundieron rápidamente en nanoesferas de aleación de AuAgPt sólidas (NS de AuAgPt sólidas), y luego se eliminó algo de plata en nanoesferas de aleación de AuAgPt sólidas mediante grabado químico para obtener nanoesferas de aleación ternaria de AuAgPt porosas tridimensionales monodispersas (NS de AuAgPt esponjosas). Las nanoesferas de aleación ternaria AuAgPt no solo tienen una mayor estabilidad que los nanomateriales de platino tradicionales, sino que también tienen una gran superficie específica y sitios activos de alta densidad, que son reactivos fáciles de adsorber, pueden mejorar eficazmente la actividad catalítica y sus propiedades catalíticas para el metanol. La actividad (1,62 mg de Pt-1) fue 4,6 y 5,1 veces mayor que la de las nanoesferas de aleación de AuAgPt sólidas (0,35 mg de Pt-1) y el negro platino comercial (negro de Pt) (0,32 mg de Pt-1), respectivamente. Estas excelentes propiedades se benefician de la estructura porosa del material en sí y de la presencia de caras de cristal de alto índice, distorsiones de celosía y límites gemelos en la superficie del material. Los resultados de este estudio han resuelto los problemas de baja actividad catalítica, escasa estabilidad y corta duración de la batería de las pilas de combustible cuando se utilizan.

La investigación anterior fue apoyada por el proyecto de equipo cruzado de la Academia China de Ciencias y el proyecto de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales.

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