蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)和中國(guó)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種催化劑，解決了直接乙醇燃料電池 (DEFC) 長(zhǎng)期以來(lái)存在的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(dòng)的清潔汽車開(kāi)辟了道路。

（圖片來(lái)源：俄勒岡州立大學(xué)）

由中佛羅里達(dá)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(guó)深圳南方科技大學(xué)（Southern University of Science and Technology）的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)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(shí)。

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(jìn)反應(yīng)動(dòng)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(jì)是通過(guò)在導(dǎo)電碳載體中嵌入金屬-氮（OM-N）活性基團(tuán)來(lái)改善ORR動(dòng)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(dòng)力學(xué)，這極可能是通過(guò)原子間的協(xié)同作用來(lái)進(jìn)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(diǎn)催化劑，因其對(duì)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(shí)現(xiàn)LCE概念，這一根本問(wèn)題仍未解決。EOR順利進(jìn)行的前提條件是至少有三個(gè)連續(xù)的原子位點(diǎn)，這使調(diào)控LCE變得更難。

研究人員為此通過(guò)有效策略設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)控LCE，并在M/X–C催化劑中創(chuàng)建催化M–X基團(tuán)，在其中引入F配位，以削弱C-X鍵并驅(qū)動(dòng)X原子至金屬位點(diǎn)。尤其是使用經(jīng)典Pd/N–C作為模型催化劑來(lái)驗(yàn)證概念，并探索潛在材料化學(xué)特性，因其對(duì)EOR和ORR具有雙重功能。據(jù)證明，對(duì)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(kāi)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(dòng)的汽車是在2007年開(kāi)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(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(tuán)隊(duì)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(jìn)行的先進(jìn)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(jìn)催化過(guò)程。通過(guò)抑制鈀遷移和減少碳腐蝕，提高耐久性。

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