DMFC电池采用金镍纳米薄膜 优化催化活性和稳定性

文章来源:东方财富网 发布时间:2020-03-26
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据外媒报道,研究人员提出一种制备金镍纳米薄膜的简易方法,既能减少黄金用量,又能优化催化活性和稳定性。
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(图源:materialtoday)

 直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种高效清洁的新型能源,但是所依赖的甲烷氧化反应(MOR)十分缓慢。在燃料电池工作过程中,常用铂催化剂受到中间化学产物影响,有效活性表面积会逐渐降低,因此,基于黄金的替代物很有吸引力。然而,与铂金一样,黄金太稀缺,价格昂贵,不适合在汽车上大规模使用。

据外媒报道,研究人员提出一种制备金镍纳米薄膜的简易方法,既能减少黄金用量,又能优化催化活性和稳定性。此项研究由昆士兰大学的Yusuke Yamauchi领导进行。他表示:“黄金的催化活性很有趣。在常规状态下,不易发生反应。形成纳米结构后,却能在低温环境中,促进各种氧化反应发生。由于铂金不具备长期耐久性,所以,黄金有望取代铂金,成为新一代催化剂。”参与此项研究的院校还有:与早稻田大学、日本国立材料科学研究所、澳大利亚伍伦贡大学、天津大学、青岛科技大学、韩国庆熙大学。

纳米结构金属,特别是纳米多孔金属,可通过多种方法合成,只是相关合成过程大多步骤繁杂,而且需要满足苛刻的条件。在这种情况下,Yamauchi及其同事开发了一种名为“软模板”(soft-templated)方法。在含有聚合物胶束的溶液中,金属前体被电化学还原。胶束作为模板或模具,在金属薄膜中形成孔隙,之后可以利用溶剂轻松去除。他表示:“我们的方法非常简单,也不费时间。通过简单的制备过程,可以合成具有优异电催化活性的介孔双金属金-镍薄膜。”

采用这种简单直接的工艺,可以制备出混合均匀的多孔Au-Ni金属薄膜,孔径为28nm,为其他化学物质的反应提供充足的空间。Yamauchi指出:“此类材料的金属框架稳定且导电性高,很适合电化学应用。由于改性后的化学和电子性质产生协同效应,比起同类单金属合金,介孔双金属合金被认为具有更好的催化活性。”

研究小组认为,在甲烷氧化反应中,比起其他金基催化剂,Au-Ni多孔金属膜表现出的电催化活性更高,非常适用于直接甲醇燃料电池。而且,此项研究所提出的方法,适用于各种金属。Yamauchi表示:“在光学、储能和生物传感方面,这种纳米结构材料开辟了广阔的应用前景。这是极具吸引力的机遇,值得进一步探索。”


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