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新能源转化催化剂,将突破传统催化剂无法逾越的边界?
发布:kittyll   时间:2019/5/14 16:39:46   阅读:79 
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许多与新能源有关的化学反应都非常复杂,造成相当大的能量损失。因此,能量转换和存储系统或燃料电池尚未广泛应用于商业应用。位于德国杜塞尔多夫的鲁尔-波洪大学(RUB)和马普学会的研究人员发现一种新型催化剂,这种催化剂理论上适合于普遍使用。这些所谓的高熵合金是由接近相等比例五种或五种以上的元素混合而成。它们可能最终会突破传统催化剂几十年来无法逾越的边界。研究小组在美国化学学会《能源通讯》上发表其研究结果并描述了它们不同寻常的电催化工作原理及其系统应用潜力。
 

用于电催化研究的材料库

高熵合金材料的物理性能具有广阔的应用前景。在氧还原过程中,它们已经达到了铂催化剂的活性。来自RUB微技术材料系主任的阿尔弗雷德路德维希教授解释说:在我们的部门,有独特的方法来制造这些复杂材料,这些材料由五种不同成分的元素以薄膜或纳米颗粒库的形式制成。源元素的原子混合在等离子体中,并在离子液体基质中形成纳米粒子。如果纳米粒子位于各自原子源附近,则来自该原子源的原子在各自粒子中所占的百分比更高,到目前为止,对这种材料在电催化中的应用进行的研究非常有限。

操纵个体反应阶段
 

这种情况预计在不久的将来会有所改变。研究人员假设,不同相邻元素之间独特的相互作用可能为用等价材料替代贵金属铺平道路。分析化学摩擦椅电化学科学中心的博士研究员Tobias Loffler说:新研究发现了其他独特的特征,例如,这可能也会影响个体反应步骤之间的相互依赖关系。因此,它将有助于解决许多能量转换反应的主要问题之一,即否则不可避免的巨大能量损失,理论上的可能性似乎好得令人难以置信。

正在进行的研究

为了促进研究的快速发展,来自Bochum和Dusseldorf的研究小组描述了他们的初步发现,目的是解释第一个有特色的观察结果,概述挑战,并提出第一个指南——所有这些都有助于推进研究。研究结果反映了这种合金的复杂性,在评估其实际潜力之前,需要进行许多分析。然而,迄今为止,没有任何一项发现排除取得突破的可能性。

三维可视化

催化剂纳米粒子的表征也有利于研究,杜塞尔多夫马普学会(Max-Planck-Institut fur Eisenforschung)的克里斯蒂娜休(Christina Scheu)教授表示:为了准确了解催化剂的结构如何影响其活性,在原子水平上对催化剂表面进行高分辨率可视化是一个有用的工具,最好是三维可视化。研究人员已经证明,这是一个可以实现的目标,如果还没有应用到这类催化剂。这些催化剂是否将促进向可持续能源管理过渡的问题仍有待回答,通过研究,将为这个领域正在进行的研究打下基础。
 

Michael Meischein站在溅射系统的前面,在溅射系统中,纳米粒子是通过共沉积到离子液体中制备的。图片:RUB, Marquard博科园-科学科普|研究/来自: Ruhr-Universitaet-Bochum参考期刊文献:《ACS Energy Letters》DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00531博科园-传递宇宙科学之美
 
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