中國(guó)新型氫氣凈化催化劑可提升燃料電池耐用性
OFweek氫能網(wǎng)訊:1月30日,《自然》雜志發(fā)表文章稱,來自中國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出一種新型催化劑,可解除氫燃料電池一氧化碳“中毒休克”危機(jī)。
該文章和研究成果由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)路軍嶺教授、韋世強(qiáng)教授、楊金龍教授等課題組合作完成,已通過《自然》雜志審核。
氫燃料電池汽車被視為新能源汽車領(lǐng)域的重要技術(shù)路徑之一,被世界各國(guó)寄予厚望。但燃料電池鉑電極的一氧化碳“中毒”問題長(zhǎng)期以來一直困擾著燃料電池耐用性及綜合性能的再提升。
當(dāng)前,氫主要來源于甲醇和天然氣等碳?xì)浠衔锏恼羝卣退簹庾儞Q反應(yīng),由此產(chǎn)生的氫通常含有0.5%至2%的一氧化碳雜質(zhì)氣體。燃料電池鉑電極容易被一氧化碳雜質(zhì)氣體“毒害”,導(dǎo)致電池性能下降和壽命縮短,嚴(yán)重阻礙氫燃料電池汽車推廣。
車載氫氣凈化或許是解決這一問題的可能行的方案,涉及氫內(nèi)一氧化碳優(yōu)先氧化。即在氫氣進(jìn)入燃料電池之前,使氫氣中的一氧化碳雜質(zhì)氣體優(yōu)先和氧氣發(fā)生反應(yīng),從而避免一氧化碳雜質(zhì)氣體進(jìn)入電池毒化電極。
但該方法需要催化劑在廣泛的低溫范圍內(nèi)對(duì)CO氧化具有活性和選擇性,以便在連續(xù)PEMFC操作期間有效去除一氧化碳。而現(xiàn)有催化劑只能在極窄的溫度范圍內(nèi)工作,導(dǎo)致氫燃料電池汽車無法在頻繁冷啟動(dòng)期間得到有效保護(hù),很難步入實(shí)用。
而中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的氫氧化鐵新型催化劑為分離過渡金屬配合物沉積提供了新方法。
Fe1(OH)x-Pt單位點(diǎn)界面新型催化劑結(jié)構(gòu)模型示意圖。這里藍(lán)色、黃色、紅色、白色小球分別代表鉑、鐵、氧和氫原子, 暗黃色的大球代表催化劑載體。
新催化劑,通過將原子級(jí)分散氫氧化鐵選擇性地沉積在二氧化硅負(fù)載的鉑(Pt)納米粒子上,通過PROX反應(yīng),在198-380開爾文(約合-75℃至107℃)的寬溫度范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)完全和100%的選擇性CO去除。
研究發(fā)現(xiàn),該體系的質(zhì)量活性比在氧化鐵載體上由Pt組成的更常規(guī)催化劑高約30倍。原位X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)測(cè)量顯示大多數(shù)氫氧化鐵以Fe存在固定在Pt納米顆粒上的1(OH)x簇,密度泛函理論計(jì)算表明Fe 1(OH)x -Pt單個(gè)界面位點(diǎn)可以容易地與CO反應(yīng)并促進(jìn)氧活化。
這意味著新型氫氧化鐵催化劑在去除一氧化碳的同時(shí),可以延長(zhǎng)電池壽命,拓寬電池使用溫度環(huán)境,使燃料電池在寒冬也能正常啟動(dòng),有利于氫能源汽車的民用推廣。
“這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)大大加速氫燃料電池汽車時(shí)代的到來!甭奋妿X教授表示:“我們的最終目標(biāo)是開發(fā)一種廉價(jià)的且具有高活性、高選擇性的一氧化碳優(yōu)先氧化催化劑,既可以提供機(jī)載燃料電池的全時(shí)保護(hù),也可以為工廠高純氫氣制備提供有效手段。”
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