 В поисках лучших и менее дорогих способов хранения и использования энергии важную роль играют платина и другие драгоценные металлы. Они служат в качестве катализаторов для приведения в движение наиболее эффективных топливных элементов, но при этом они являются дорогостоящими и редкими.
Теперь уже может появиться новая альтернатива катализатора для топливных ячеек, свободного от металлов. Команда химиков из Университета Висконсин-Мэдисон представила новый подход, который использует молекулярную систему катализатора вместо твердых катализаторов. Хотя молекулярные катализаторы были исследованы ранее, более ранние примеры были гораздо менее эффективными, чем традиционный платиновый катализатор.
Топливный элемент преобразует химическую энергию в электрическую с помощью реакции водорода и кислорода при двух различных электродах. Катализатор делает реакцию более эффективной.
Ученые черпали вдохновение из своей предыдущей работы с катализаторами, использующими кислород в приложениях для химической промышленности. Они заметили поразительное сходство между этими аэробными реакциями окисления и реакции кислорода в топливных элементах и решил посмотреть, могли бы они применить аналогичный подход к топливному элементу.
Новый катализатор состоит из смеси молекул, называемых нитроксилами и оксидами азота. Эти молекулярные партнеры хорошо работают вместе; один реагирует с электродом, а другой эффективно реагирует с кислородом.
В то время как эта комбинация катализатора ранее использовался в аэробном окислении, они еще не знают, будет ли это хороший катализатор топливных элементов. В ходе исследования выяснилось, что это наиболее эффективный молекулярная система катализатора, ранее не виданная.
Поскольку подход включает в себя химические реакции между газами, жидкостями и твердыми телами, движение от концепции до демонстрации не было подвигом. Ученые потратили месяцы на изучение и оптимизацию каждого компонента в установке, прежде чем проверять все в модельной системе.
Предоставленная работа впервые показывает, что молекулярные катализаторы могут приблизиться к эффективности платины. Преимуществом молекул заключается в возможности продолжения изменения структуры, чтобы подняться выше и достичь еще большей эффективности.
|
