Udvikling af højholdbar enkeltatomisk katalysator ved hjælp af industriel luftfugter

Brændselscelle elektriske køretøjer (FCEV'er) er et miljøvenligt transportmiddel, der vil erstatte forbrændingslokomotiver. FCEV'er byder på flere fordele såsom kort opladningstid og lange kilometertal. Men de overdrevne omkostninger ved platin brugt som brændselscellekatalysator fører til begrænset udbud af FCEV'er. Der har været omfattende forskning i ikke-ædelmetalkatalysatorer såsom jern og kobolt for at erstatte platin; det er dog stadig udfordrende at finde erstatninger for platin på grund af lav ydeevne og lav stabilitet af ikke-ædelmetalkatalysatorer.

Et forskerhold ledet af Dr. Sung Jong Yoo fra Hydrogen Fuel Cell Research Center ved Korea Institute of Science and Technology (KIST) udførte fælles forskning med professor Jinsoo Kim fra Kyung Hee University og professor Hyung-Kyu Lim fra Kangwon National University; de annoncerede, at de har udviklet en enkelt atomisk kobolt-baseret katalysator med cirka 40 % forbedret ydeevne og stabilitet sammenlignet med nutidige kobolt nanopartikelkatalysatorer. Deres forskning er publiceret i Applied Catalysis B:Environmental .

Konventionelle katalysatorer syntetiseres typisk via pyrolyse, hvor overgangsmetalprækursorer og kulstof blandes ved 700-1000 ℃. Men på grund af metalaggregering og et lavt specifikt overfladeareal havde katalysatorerne opnået gennem denne proces en begrænset aktivitet. Derfor har forskere fokuseret på at syntetisere enkeltatomare katalysatorer; tidligere rapporterede enkeltatomiske katalysatorer kan dog kun fremstilles i små mængder, fordi de anvendte kemiske stoffer og syntesemetoder varierede afhængigt af typen af ​​den syntetiserede katalysator. Derfor har forskning fokuseret på forbedring af ydeevnen af ​​katalysatoren frem for fremstillingsprocessen.

For at løse dette problem blev spraypyrolysemetoden implementeret ved hjælp af en industriel befugter. Dråbeformede partikler blev opnået ved hurtig varmebehandling af dråberne opnået fra en befugter. Dette kan muliggøre masseproduktion gennem en kontinuerlig proces, og alle metaller kan nemt fremstilles til partikler. Materialerne, der bruges til syntese af metalpartikler, bør være vandopløselige, fordi partiklerne er fremstillet gennem en industriel befugter.

Det blev bekræftet, at de koboltbaserede enkeltatomiske katalysatorer udviklet gennem denne proces udviser fremragende stabilitet såvel som brændselscelleydelse og er 40 % bedre sammenlignet med konventionelle koboltkatalysatorer. Cobalt-baserede katalysatorer forårsager også sidereaktioner i brændselsceller; dog har beregningsvidenskab vist, at katalysatorer fremstillet via spraypyrolyse fører til fremadrettede reaktioner i brændselsceller.

Dr. Yoo præciserede:"Gennem denne forskning er der udviklet en proces, der kan muliggøre betydelig forbedring i masseproduktionen af ​​kobolt-baserede enkeltatomare katalysatorer, og driftsmekanismen for kobolt-baserede katalysatorer er blevet belyst via tætte analyser og beregninger. videnskab. Disse resultater forventes at tjene som indikatorer for fremtidig forskning i koboltkatalysatorer." De tilføjede også, "Vi planlægger at udvide omfanget af fremtidig forskning for at udforske ikke kun katalysatorer til brændselsceller, men også miljøkatalysatorer, vandelektrolyse og batterifelter." + Udforsk yderligere

Syntesemetoder i stor skala til enkeltatom-katalysatorer til alkaliske brændselsceller