提高燃料电池效率的催化剂的秘密

时间：2022-06-01 10:25:02来源：

燃料电池作为一种环保能源而备受关注，它通过水电解的逆反应同时获得电能和热能。因此，提高反应效率的催化剂直接关系到燃料电池的性能。对此，POSTECH-UNIST联合研究团队首次在原子水平上揭示了脱溶液和相变现象，朝着开发高性能催化剂的方向又迈进了一步。

Jeong Woo Han教授和博士的联合研究团队。POSTECH 化学工程系的候选人 Kyeounghak Kim 和 UNIST 的 Guntae Kim 教授揭示了 PBMO(一种用于燃料电池的催化剂)从钙钛矿结构转变为层状结构的机制，纳米颗粒从溶液中转移到表面，确认其作为电极和化学催化剂的潜力。这些研究结果最近作为能源领域国际期刊《能源与环境科学》的外部封底论文发表。

催化剂是增强化学反应的物质。PBMO(Pr0.5Ba0.5MnO3-δ)是燃料电池的催化剂之一，被公认为即使直接用作碳氢化合物而不是氢也能稳定运行的材料。特别是，它在失去氧气的还原环境下变为层状结构，因此表现出高离子电导率。同时，金属氧化物内部的元素向表面偏析的析出现象发生。

这种现象是在还原环境下自愿发生的，没有任何特殊的过程。随着材料内部的元素浮出水面，燃料电池的稳定性和性能得到极大提升。然而，很难设计这些材料，因为这些高性能催化剂的形成过程是未知的。

研究小组着眼于这些特征，证实该过程经历了相变、颗粒脱离溶液和催化剂形成的过程。使用基于量子力学的第一性原理计算和允许实时观察材料晶体结构变化的原位 XRD2 实验证明了这一点。研究人员还证实，以这种方式开发的氧化催化剂的性能比传统催化剂高出四倍，验证了该研究适用于各种化学催化剂。

“我们能够准确理解以前实验中难以确认的原子单位材料，并通过准确理解现有实验中难以确认的原子单位材料，成功地证明了这一点，从而克服了现有研究的局限性，并且成功地展示了它们，”领导这项研究的 Jeong Woo Han 教授解释道。“由于这些载体材料和纳米催化剂可用于废气减排、传感器、燃料电池、化学催化剂等，预计未来将在众多领域进行积极的研究。”

这项研究是在三星研究资助与孵化中心和韩国能源技术评估与规划研究所的支持下进行的。

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