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创纪录的转换效率:用于乙醇燃料电池的新型核壳催化剂诞生!

2019-09-13 点击:786
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用于乙醇燃料电池的新型核壳催化剂,美国能源部布鲁克海文国家实验室和阿肯色大学的科学家已开发出一种高效催化剂,可从乙醇中提取电能。乙醇是一种液体燃料,易于储存,可以用可再生资源生产。

发表在《美国化学学会》(美国化学学会杂志)上的一项研究描述了这种催化剂,它将乙醇的电氧化引导到理想的化学途径,释放出液体燃料储存能量的全部潜力。

领导这项研究的布鲁克海文实验室的化学家王佳说:“这种催化剂是一种改变游戏规则的东西,它将使乙醇燃料电池成为一种有前途的高能量密度'非电网'。电力来源。特别有希望应用是:液体燃料电池动力无人机。与电池相比,乙醇燃料电池重量轻,它们将为使用液体燃料的无人机提供足够的电力,这些燃料很容易在飞行之间补充.即使在偏远地区也是如此。大多数潜在的能量乙醇被锁定在碳 - 碳键上,碳 - 碳键形成分子的主链。

研究小组开发的催化剂表明,在正确的时间打破这些钥匙是解锁储存能量的关键。乙醇的电氧化每分子产生12个电子,但反应可以以许多不同的方式进行。大多数这些途径导致不完全氧化:催化剂保持碳 - 碳键完整,释放更少的电子,并在过程的早期剥离氢原子,使碳原子暴露于一氧化碳的形成,这会“催化”催化剂。特征。乙醇中12个电子的完全氧化需要在过程开始时破坏碳 - 碳键,而氢原子仍然附着,因为氢保护碳并防止形成一氧化碳。

然后,需要多个脱氢和氧化步骤来完成该过程,Brookhaven实验室的科学家们一直在探索一种独特的核 - 壳结构,用于催化反应,结合反应元素并加速所有这些步骤。为了制造这种催化剂,阿肯色大学陈静怡开发了一种在金纳米粒子上同时沉积铂和铑的合成方法。铂和铑在金纳米粒子的表面上形成“单原子岛”,这种排列是催化剂性能优异的关键。

(Boco Park - 显示)覆盖金纳米粒子核心(黄色)的铂/钌(绿色/蓝色)壳的特写,显示该催化剂如何裂解乙醇中的碳 - 碳(灰色)键,同时最初留下氢原子。在反应的早期阶段,氢气保护碳免受一氧化碳的影响,一氧化碳被催化中毒,一氧化碳被完全氧化并释放出12个电子。照片:布鲁克海文国家实验室

金纳米粒子核心在铂钌单原子岛中产生张力,这增加了这些元素分裂碳 - 碳键然后剥离氢原子的能力。石溪大学研究生梁希秀是该论文的第一作者。他在Wang的实验室进行了研究,以了解这种催化剂如何实现创纪录的高能量转换效率。通过“原位红外反射 - 吸收光谱”鉴定反应中间体和产物,并将由新催化剂制备的中间体和产物与使用金核/铂壳催化剂和铂铑合金催化剂的那些进行比较。

(Boco Park - 插图)展示了金纳米粒子(黄色)表面上由铂(绿色)和钇(蓝色)组成的“单原子岛”如何使乙醇完全没有一氧化碳中毒。电子氧化。照片:布鲁克海文国家实验室

通过测量在反应的不同阶段吸收红外光时产生的光谱,该方法能够跟踪已形成的物种的数量和每个阶段的每种产物的量。光谱数据显示,这种新催化剂将乙醇引导至12-电子全氧化途径,释放出燃料储存能量的全部潜力。下一步是设计含有新催化剂的设备。本研究中揭示的机械细节也有助于指导未来多组分催化剂的合理设计。

博科公园

2019.07.27 14: 46

字数1045

用于乙醇燃料电池的新型核壳催化剂,美国能源部布鲁克海文国家实验室和阿肯色大学的科学家已开发出一种高效催化剂,可从乙醇中提取电能。乙醇是一种液体燃料,易于储存,可以用可再生资源生产。

发表在《美国化学学会》(美国化学学会杂志)上的一项研究描述了这种催化剂,它将乙醇的电氧化引导到理想的化学途径,释放出液体燃料储存能量的全部潜力。

领导这项研究的布鲁克海文实验室的化学家王佳说:“这种催化剂是一种改变游戏规则的东西,它将使乙醇燃料电池成为一种有前途的高能量密度'非电网'。电力来源。特别有希望应用是:液体燃料电池动力无人机。与电池相比,乙醇燃料电池重量轻,它们将为使用液体燃料的无人机提供足够的电力,这些燃料很容易在飞行之间补充.即使在偏远地区也是如此。大多数潜在的能量乙醇被锁定在碳 - 碳键上,碳 - 碳键形成分子的主链。

研究小组开发的催化剂表明,在正确的时间打破这些钥匙是解锁储存能量的关键。乙醇的电氧化每分子产生12个电子,但反应可以以许多不同的方式进行。大多数这些途径导致不完全氧化:催化剂保持碳 - 碳键完整,释放更少的电子,并在过程的早期剥离氢原子,使碳原子暴露于一氧化碳的形成,这会“催化”催化剂。特征。乙醇中12个电子的完全氧化需要在过程开始时破坏碳 - 碳键,而氢原子仍然附着,因为氢保护碳并防止形成一氧化碳。

然后,需要多个脱氢和氧化步骤来完成该过程,Brookhaven实验室的科学家们一直在探索一种独特的核 - 壳结构,用于催化反应,结合反应元素并加速所有这些步骤。为了制造这种催化剂,阿肯色大学陈静怡开发了一种在金纳米粒子上同时沉积铂和铑的合成方法。铂和铑在金纳米粒子的表面上形成“单原子岛”,这种排列是催化剂性能优异的关键。

(Boco Park - 显示)覆盖金纳米粒子核心(黄色)的铂/钌(绿色/蓝色)壳的特写,显示该催化剂如何裂解乙醇中的碳 - 碳(灰色)键,同时最初留下氢原子。在反应的早期阶段,氢气保护碳免受一氧化碳的影响,一氧化碳被催化中毒,一氧化碳被完全氧化并释放出12个电子。照片:布鲁克海文国家实验室

金纳米粒子核心在铂钌单原子岛中产生张力,这增加了这些元素分裂碳 - 碳键然后剥离氢原子的能力。石溪大学研究生梁希秀是该论文的第一作者。他在Wang的实验室进行了研究,以了解这种催化剂如何实现创纪录的高能量转换效率。通过“原位红外反射 - 吸收光谱”鉴定反应中间体和产物,并将由新催化剂制备的中间体和产物与使用金核/铂壳催化剂和铂铑合金催化剂的那些进行比较。

(Boco Park - 插图)展示了金纳米粒子(黄色)表面上由铂(绿色)和钇(蓝色)组成的“单原子岛”如何使乙醇完全没有一氧化碳中毒。电子氧化。照片:布鲁克海文国家实验室

通过测量在反应的不同阶段吸收红外光时产生的光谱,该方法能够跟踪已形成的物种的数量和每个阶段的每种产物的量。光谱数据显示,这种新催化剂将乙醇引导至12-电子全氧化途径,释放出燃料储存能量的全部潜力。下一步是设计含有新催化剂的设备。本研究中揭示的机械细节也有助于指导未来多组分催化剂的合理设计。

用于乙醇燃料电池的新型核壳催化剂,美国能源部布鲁克海文国家实验室和阿肯色大学的科学家已开发出一种高效催化剂,可从乙醇中提取电能。乙醇是一种液体燃料,易于储存,可以用可再生资源生产。

发表在《美国化学学会》(美国化学学会杂志)上的一项研究描述了这种催化剂,它将乙醇的电氧化引导到理想的化学途径,释放出液体燃料储存能量的全部潜力。

领导这项研究的布鲁克海文实验室的化学家王佳说:“这种催化剂是一种改变游戏规则的东西,它将使乙醇燃料电池成为一种有前途的高能量密度'非电网'。电力来源。特别有希望应用是:液体燃料电池动力无人机。与电池相比,乙醇燃料电池重量轻,它们将为使用液体燃料的无人机提供足够的电力,这些燃料很容易在飞行之间补充.即使在偏远地区也是如此。大多数潜在的能量乙醇被锁定在碳 - 碳键上,碳 - 碳键形成分子的主链。

研究小组开发的催化剂表明,在正确的时间打破这些钥匙是解锁储存能量的关键。乙醇的电氧化每分子产生12个电子,但反应可以以许多不同的方式进行。大多数这些途径导致不完全氧化:催化剂保持碳 - 碳键完整,释放更少的电子,并在过程的早期剥离氢原子,使碳原子暴露于一氧化碳的形成,这会“催化”催化剂。特征。乙醇中12个电子的完全氧化需要在过程开始时破坏碳 - 碳键,而氢原子仍然附着,因为氢保护碳并防止形成一氧化碳。

然后,需要多个脱氢和氧化步骤来完成该过程,Brookhaven实验室的科学家们一直在探索一种独特的核 - 壳结构,用于催化反应,结合反应元素并加速所有这些步骤。为了制造这种催化剂,阿肯色大学陈静怡开发了一种在金纳米粒子上同时沉积铂和铑的合成方法。铂和铑在金纳米粒子的表面上形成“单原子岛”,这种排列是催化剂性能优异的关键。

(Boco Park - 显示)覆盖金纳米粒子核心(黄色)的铂/钌(绿色/蓝色)壳的特写,显示该催化剂如何裂解乙醇中的碳 - 碳(灰色)键,同时最初留下氢原子。在反应的早期阶段,氢气保护碳免受一氧化碳的影响,一氧化碳被催化中毒,一氧化碳被完全氧化并释放出12个电子。照片:布鲁克海文国家实验室

金纳米粒子核心在铂钌单原子岛中产生张力,这增加了这些元素分裂碳 - 碳键然后剥离氢原子的能力。石溪大学研究生梁希秀是该论文的第一作者。他在Wang的实验室进行了研究,以了解这种催化剂如何实现创纪录的高能量转换效率。通过“原位红外反射 - 吸收光谱”鉴定反应中间体和产物,并将由新催化剂制备的中间体和产物与使用金核/铂壳催化剂和铂铑合金催化剂的那些进行比较。

(Boco Park - 插图)展示了金纳米粒子(黄色)表面上由铂(绿色)和钇(蓝色)组成的“单原子岛”如何使乙醇完全没有一氧化碳中毒。电子氧化。照片:布鲁克海文国家实验室

通过测量在反应的不同阶段吸收红外光时产生的光谱,该方法能够跟踪已形成的物种的数量和每个阶段的每种产物的量。光谱数据显示,这种新催化剂将乙醇引导至12-电子全氧化途径,释放出燃料储存能量的全部潜力。下一步是设计含有新催化剂的设备。本研究中揭示的机械细节也有助于指导未来多组分催化剂的合理设计。

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