安全空间：使用保护性碳壳改进“清洁”甲醇燃料电池

时间：2022-06-01 10:46:16来源：

由于使用化石燃料引起的许多环境问题，世界各地的许多科学家都致力于寻找有效的替代品。尽管人们对氢燃料电池寄予厚望，但现实情况是，运输、储存和使用纯氢会带来巨大的额外成本，这使得这一过程对当前技术具有挑战性。相比之下，甲醇(CH3O3)是一种酒精，不需要冷藏，能量密度更高，运输更容易、更安全。因此，向以甲醇为基础的经济转型是一个更现实的目标。

然而，在室温下用甲醇发电需要直接甲醇燃料电池 (DMFC);迄今为止，性能低于标准的设备。DMFC 的主要问题之一是不希望出现的“甲醇氧化”反应，该反应发生在甲醇交叉过程中，即当它从阳极传递到阴极时。该反应导致铂 (Pt) 催化剂的降解，对电池的运行至关重要。尽管已经提出了一些缓解这个问题的策略，但由于成本或稳定性问题，到目前为止还没有一个足够好。

幸运的是，在最近发表在ACS Applied Materials & Interfaces上的一项研究中，来自韩国的科学家团队提出了一个创造性和有效的解决方案。他们通过一个相对简单的程序制造了一种由封装在碳壳内的 Pt 纳米颗粒制成的催化剂。这个壳形成了一个几乎无法穿透的碳网络，带有由氮缺陷引起的小开口。虽然 DMFC 中的主要反应物之一氧气可以通过这些“孔”到达 Pt 催化剂，但甲醇分子太大而无法通过。“碳壳充当分子筛，为所需的反应物提供选择性，这些反应物实际上可以到达催化剂位点。这可以防止 Pt 核发生不良反应，”韩国仁川国立大学的 Oh Joong Kwon 教授解释说，他领导研究。

科学家们进行了各种类型的实验来表征所制备催化剂的整体结构和组成，并证明氧气可以通过碳壳而甲醇不能。他们还找到了一种简单的方法来调整外壳中的缺陷数量，只需在热处理步骤中改变温度即可。在随后的实验比较中，他们的新型壳催化剂优于商业 Pt 催化剂，并且还提供了更高的稳定性。

Kwon 教授在过去 10 年中一直致力于改进燃料电池催化剂，其动力来自于这项技术可以通过多种方式进入我们的日常生活。“DMFC 比锂离子电池具有更高的能量密度，因此可以成为便携式设备的替代电源，例如笔记本电脑和智能手机，”他评论道。

随着我们星球的未来岌岌可危，改用替代燃料应该是人类的首要目标之一，而这项研究是朝着正确方向迈出的非凡一步。

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