荷蘭制成活性高20倍的鎳鉑合金空心納米催化劑

據國外媒體報道，催化劑可以加速化學反應，但被廣泛用作催化劑的鉑不僅非常稀有，而且非常昂貴。因此，荷蘭埃因霍溫理工大學(TU/e)的研究人員與中國、新加坡和日本的研究人員合作，開發出一種活性高20倍的替代品:由鎳和鉑合金制成的中空納米催化劑。埃因霍溫理工大學的研究人員Emiel Hensen希望在未來利用這種新的催化劑開發出一種大約10兆瓦、冰箱大小的電解池。

到2050年，荷蘭政府希望使用太陽能或風能等可持續能源來滿足整個國家的能源需求。因為這種能源并不是時刻可用的，所以儲存這種可再生能源非常重要。由于其低能量密度，電池不適合儲存大量能量。更好的解決辦法是用化學鍵，氫是最好的氣體化學鍵。利用水，電解器將(過量的)電能轉化為可儲存的氫。另一方面，燃料電池將儲存的氫轉化為電能，但這兩種技術都需要催化劑來促進。

由于其高活性，催化劑可以幫助進行轉化，并且大多數催化劑由鉑組成。但是鉑金屬非常昂貴，而且相對稀缺，如果要大規模使用電解池和燃料電池，這將是一個障礙。TU/e的催化教授Emiel Hensen說:“因此，中國的研究人員開發了一種鉑鎳合金，可以降低催化劑的成本，提高其活性。”有效催化劑的活性越高，每秒鐘可以轉化成氫氣的水分子就越多。除了其他金屬，研究人員還能夠對形態進行重大改變。催化劑中的原子必須與水和/或氧分子結合，以便轉化它們。因此，結合位點越多，活性越高。亨森說:“需要創造盡可能大的金屬表面積，讓開發出來的中空納米材料可以從內部和外部同時進入，創造最大的表面積，讓更多的材料同時反應。”此外，亨森還利用量子化學技術證明了納米材料特殊的表面結構進一步增加了催化劑的活性。在亨森模型中計算后發現，鉑鎳合金負載的催化劑活性比目前的鉑催化劑高20倍。研究人員在燃料電池實驗中也發現了同樣的結果。“許多對基礎研究的批評說，這種研究是在實驗室里進行的，當它應用到真正的設備上時，往往是無效的。然而，我們已經證明這種新催化劑具有實際應用價值。”這種催化劑必須穩定，這樣它才能在氫動力汽車或房屋中工作幾年。因此，研究人員在燃料電池中對催化劑進行了5萬次循環測試，發現其活性幾乎沒有下降。這種新型催化劑用途廣泛，既可用于燃料電池，也可用于電解池中的逆反應。例如，燃料電池可以用于氫動力汽車，一些醫院也采用了氫燃料電池為應急發電機供電。電解池可用于海上風電場，甚至風力渦輪機。運輸氫的成本比運輸電的成本低得多。亨森的夢想更大。他說:“我希望我們能在每個街區安裝電解槽。冰箱大小的設備可以在白天以氫的形式儲存來自附近屋頂太陽能電池板的所有能量。未來，地下天然氣管道可以輸送氫氣，家用集中供熱鍋爐將被燃料電池取代，燃料電池可以將儲存的氫氣轉化為電能，使太陽能得到充分利用。”但為了實現這一點，需要大力發展電解池。Hensen與其他TU/e研究人員和Brabant的工業合作伙伴一起參與了埃因霍溫理工大學能源研究所的工作，目標是將現有的商用電解槽改造成冰箱大小的電解槽，容量為10 MW。(文中圖片均來自埃因霍溫工業大學)據fo……ign媒體報道，催化劑可以加速化學反應，但是被廣泛用作催化劑的鉑不僅非常稀有，而且非常昂貴。因此，荷蘭埃因霍溫理工大學(TU/e)的研究人員與中國、新加坡和日本的研究人員合作，開發出一種活性高20倍的替代品:由鎳和鉑合金制成的中空納米催化劑。埃因霍溫理工大學的研究人員Emiel Hensen希望在未來利用這種新的催化劑開發出一種大約10兆瓦、冰箱大小的電解池。

到2050年，荷蘭政府希望使用太陽能或風能等可持續能源來滿足整個國家的能源需求。因為這種能源并不是時刻可用的，所以儲存這種可再生能源非常重要。由于其低能量密度，電池不適合儲存大量能量。更好的解決辦法是用化學鍵，氫是最好的氣體化學鍵。利用水，電解器將(過量的)電能轉化為可儲存的氫。另一方面，燃料電池將儲存的氫轉化為電能，但這兩種技術都需要催化劑來促進。

由于其高活性，催化劑可以幫助進行轉化，并且大多數催化劑由鉑組成。但是鉑金屬非常昂貴，而且相對稀缺，如果要大規模使用電解池和燃料電池，這將是一個障礙。TU/e的催化教授Emiel Hensen說:“因此，中國的研究人員開發了一種鉑鎳合金，可以降低催化劑的成本，提高其活性。”有效催化劑的活性越高，每秒鐘可以轉化成氫氣的水分子就越多。除了其他金屬，研究人員還能夠對形態進行重大改變。催化劑中的原子必須與水和/或氧分子結合，以便轉化它們。因此，結合位點越多，活性越高。亨森說:“需要創造盡可能大的金屬表面積，讓開發出來的中空納米材料可以從內部和外部同時進入，創造最大的表面積，讓更多的材料同時反應。”此外，亨森還利用量子化學技術證明了納米材料特殊的表面結構進一步增加了催化劑的活性。在亨森模型中計算后發現，鉑鎳合金負載的催化劑活性比目前的鉑催化劑高20倍。研究人員在燃料電池實驗中也發現了同樣的結果。“許多對基礎研究的批評說，這種研究是在實驗室里進行的，當它應用到真正的設備上時，往往是無效的。然而，我們已經證明這種新催化劑具有實際應用價值。”這種催化劑必須穩定，這樣它才能在氫動力汽車或房屋中工作幾年。因此，研究人員在燃料電池中對催化劑進行了5萬次循環測試，發現其活性幾乎沒有下降。這種新型催化劑用途廣泛，既可用于燃料電池，也可用于電解池中的逆反應。例如，燃料電池可以用于氫動力汽車，一些醫院也采用了氫燃料電池為應急發電機供電。電解池可用于海上風電場，甚至風力渦輪機。運輸氫的成本比運輸電的成本低得多。亨森的夢想更大。他說:“我希望我們能在每個街區安裝電解槽。冰箱大小的設備可以在白天以氫的形式儲存來自附近屋頂太陽能電池板的所有能量。未來，地下天然氣管道可以輸送氫氣，家用集中供熱鍋爐將被燃料電池取代，燃料電池可以將儲存的氫氣轉化為電能，使太陽能得到充分利用。”但為了實現這一點，需要大力發展電解池。Hensen與其他TU/e研究人員和Brabant的工業合作伙伴一起參與了埃因霍溫理工大學能源研究所的工作，目標是將現有的商用電解槽改造成冰箱大小的電解槽，容量為10 MW。(文中圖片均來自埃因霍溫工業大學)

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