Ny forståelse af nøglebrændselscellekatalysator

Forskning mellem University of Liverpool og University of Alicante Spain, har identificeret overfladearter med lave potentialer på den førende brændselscellekatalysator, platin (Pt), som er vigtig for udviklingen af ​​brintbrændselscelleteknologi.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications , undersøgte forskere fra University of Liverpools Stephenson Institute for Renewable Energy (SIRE) adsorptionen af ​​OH-arter (hydroxylanion) på lavt koordinerede Pt-atomer ved hjælp af en meget følsom spektroskopisk teknik kendt som SHINERS (Shell Isolated Nanoparticles for Enhanced Raman Spectroscopy). Ved hjælp af SHINERS-metoderne viste de, at OH adsorberes ved flere negative potentialer end tidligere antaget.

Brint (H₂ ) brændselsceller dukker op som den næste revolution inden for transport. I disse enheder reagerer den energi, der er lagret i brint, med ilt fra luften for at producere elektricitet, der driver det elektriske køretøj. Brintbrændselsceller bruger platin til at katalysere reaktionerne inde i dem:oxygenreduktionsreaktionen og hydrogenoxidationsreaktionen.

Selvom biler, busser og lastbiler drevet af brændselsceller allerede er på markedet, er de høje omkostninger ved platin, der kræves, en af ​​de største ulemper ved denne teknologi. At reducere mængden af ​​platin, der er nødvendig for cellerne, eller endda at erstatte det med en billigere og mere effektiv katalysator kræver en dyb forståelse på molekylært niveau af, hvordan reaktionerne i brændselscellerne på overfladen af ​​platin er.

Indtil nu har man antaget, at overfladen af ​​platin var "ren" fra andre arter ved de potentialer, hvor reaktionerne finder sted. Denne undersøgelse har imidlertid vist, at hydroxylanioner adsorberes på overfladen af ​​platin ved meget lave potentialer, hvilket har en væsentlig indflydelse på forståelsen af, hvordan oxygenreduktionsreaktionen opstår, og på søgen efter mere effektive katalysatorer til denne reaktion.

For at opnå disse resultater brugte de en kombination af elektrokemiske teknikker designet til at skelne mellem de forskellige processer, der finder sted på overfladen og Raman-spektroskopi, ved hjælp af meget nyere udvikling, der for første gang har gjort det muligt at påvise den adsorberede hydroxylanion.

Julia Fernández Vidal, en ph.d. elev med SIRE, ledede de avancerede Raman-målinger. Hun sagde:"Gennem systematiske elektrokemiske og spektroskopiske undersøgelser observerede vi det spektrale signal for OH-adsorption. SHINERS-metoden er meget kraftfuld teknik, da den tillader detektion af det molekylære monolag ved elektrodeoverfladen, og at vi kan observere dette eksperimentelt er ganske bemærkelsesværdig og meget spændende."

Artiklen, "Undersøgelse af tilstedeværelsen af ​​adsorberede arter på Pt-trin ved lave potentialer," er udgivet i Nature Communications . + Udforsk yderligere

Nye mekanismer for aktivitetsforbedring på bimetalliske katalysatorer til brintgenerering og brændselsceller