研究發(fā)現(xiàn)新的電催化劑或可降低氫燃料成本

蓋世汽車劉麗婷 2022-06-07 13:18

蓋世汽車訊氫燃料生產(chǎn)的方式之一是使用電將水分解成氫氣和氧氣，即電解。但該過程需要催化劑來加速氫燃料電池內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

通常情況下，這種電催化劑是比黃金更昂貴的稀有金屬鉑，因此氫氣的生產(chǎn)過程比傳統(tǒng)的可再生能源和化石燃料的成本更高?？茖W(xué)家們一直在研究一種成本較低的替代品——二硫化鉬，一種用于摩托車發(fā)動機(jī)潤滑油等產(chǎn)品的二維化合物，但其效率遠(yuǎn)低于鉑。

據(jù)外媒報道，由紐約州立大學(xué)布法羅分校（University at Buffalo，UB）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在這方面取得最新研究進(jìn)展。研究結(jié)果表明，當(dāng)富含兩種額外材料（一類稱為碳化鈦MXenes的無機(jī)化合物和碳納米管）時，二硫化鉬有可能取代鉑作為電催化劑，從而使氫能在燃料電池電動汽車、電力生產(chǎn)等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。相關(guān)論文發(fā)表于期刊《npj 2D Materials and Applications》。

圖片來源：npj 2D Materials and Applications

在這項研究中，研究人員描述了一種稱為溶劑熱合成的一步化學(xué)反應(yīng)，通過使用該反應(yīng)將碳化鈦和碳納米管添加到二硫化鉬中。

由此產(chǎn)生的三元結(jié)構(gòu)顯示出活性位點暴露、表面積擴(kuò)大和導(dǎo)電性的協(xié)同效應(yīng)，而這些都是提高催化劑性能的關(guān)鍵因素。

研究聯(lián)合負(fù)責(zé)人、UB電氣工程系助理教授Huamin Li博士表示：“該碳化鈦作為導(dǎo)電骨架非常出色，且碳納米管會在二維二硫化鉬之間形成交聯(lián)。這三者的結(jié)合創(chuàng)造了一個優(yōu)雅的結(jié)構(gòu)，可明顯提高二硫化鉬作為電催化劑的性能?！?/p>

此外，碳化鈦與二硫化鉬的結(jié)合有助于防止碳化鈦氧化，并降低2D層重新堆疊的可能性，從而促進(jìn)催化穩(wěn)定性。結(jié)果，與其他基于二硫化鉬的電催化劑相比，三元結(jié)構(gòu)可顯著提升催化性能。