211service.com
Labāks platīna katalizators kurināmā elementiem
Jauna veida katalizators varētu novest pie kurināmā elementiem, kas izmanto piekto daļu no tagad izmantotā platīna. Jaunais materiāls, ko izstrādājuši pētnieki no Hjūstonas Universitātes, Berlīnes Tehniskās universitātes Vācijā un Enerģētikas departamenta SLAC Nacionālās paātrinātāju laboratorijas Menlo parkā, Kalifornijā, sastāv no nanodaļiņām ar serdeņiem, kas izgatavoti no vara-platīna sakausējuma un ārējā apvalka. apvalks, kas galvenokārt ir platīns. Materiāls ir līdz pat piecām reizēm efektīvāks par parasto platīnu.
Spīdīgs apvalks: Kad četru nanometru platīna-vara sakausējuma nanodaļiņa (augšpusē) tiek pakļauta cikliskai maiņstrāvai, vara atomi atdalās no virsmas, izveidojot ar platīnu bagātu apvalku, kas skenējošā transmisijas elektronu mikroskopā attēlo spilgtāku (apakšā).
Platīns un platīna sakausējumi ir visefektīvākie katalizatori ķīmisko reakciju paātrināšanai ūdeņraža kurināmā elementos. Platīns ir vienīgais metāls, kas var izturēt skābos apstākļus šādā šūnā, taču tas ir dārgs, un tas ir ierobežojis plašo, liela mēroga kurināmā elementu pielietojumu. Turklāt aptuveni 90 procentus no pasaules platīna piegādes nāk tikai no divām valstīm – Dienvidāfrikas un Krievijas.
Jaunais materiāls jau atbilst ASV Enerģētikas departamenta 2015. gada mērķim attiecībā uz platīna katalizatoriem: uz vienu miligramu platīna rada vismaz 0,44 ampēru elektrisko strāvu. Tas ražo līdz 0,49 ampēriem uz miligramu platīna, un pētnieki uzskata, ka vajadzētu būt iespējai vēl vairāk palielināt materiāla katalītisko aktivitāti. Ja mēs varētu iegūt vēl vienu faktoru, kas ir divi [katalītiskās aktivitātes uzlabošanās], mēs domājam, ka platīna izmaksas šajos kurināmā elementos padarītu tehnoloģiju praktiskāku, saka SLAC fiziķis. Anderss Nilsons .
Tas ir lielisks darbs, kas ļautu mums izmantot mazāk platīna kurināmā elementos, saka Žans Pols Dodelets , enerģētikas, materiālu un telekomunikāciju profesors Kvebekas Nacionālā zinātnes institūta (INRS) institūtā.
Pie parastās protonu apmaiņas membrānas (PEM) kurināmā elementa anoda katalizators sadala ūdeņradi ūdeņraža jonos un elektronos, pēdējiem izplūstot no šūnas, radot strāvu. Katodā skābekļa molekulas savienojas ar elektroniem un ūdeņraža joniem, veidojot ūdeni. Šī reakcija ir gausa, un tās paātrināšanai nepieciešams 10 reizes vairāk platīna, nekā tiek izmantots anodā. Ja mēģināt nomainīt platīnu, svarīgāk ir nomainīt platīnu pie katoda, saka Dodelets.
Pīters Strasers, ķīmiskās inženierijas profesors gan Hjūstonas Universitātē, gan universitātē Berlīnes Tehniskā universitāte 2005. gadā sāka strādāt pie jauna veida katalizatora, uz oglekļa balstiem uzklājot vara un platīna sakausējuma nanodaļiņas. Kad materiālam tiek pielietota cikliska maiņstrāva, varš atdalās no virsmas apgabala, piešķirot nanodaļiņām ar platīnu bagātu ārējo slāni.
Nesenā Dabas ķīmija papīra, pētnieki atklāj mehānismu, kas padara šo katalizatoru aktīvāku par parasto platīnu. Pētot, kā jaunais katalizators izkliedē rentgena starus, viņi atklāja, ka attālums starp platīna atomiem, kas paliek uz nanodaļiņu virsmas, ir mazāks nekā attālums tīrā platīna nanodaļiņās. Labam katalizatoram jāspēj sadalīt skābekļa molekulas atomos, bet tam nevajadzētu pārāk stipri saistīties ar brīvajiem atomiem; mazāks attālums starp platīna atomiem jaunajā materiālā padara to par efektīvāku katalizatoru, jo tas vēl vājāk saistās ar skābekļa atomiem.
Ir alternatīvas, kā izmantot platīnu kā katalizatoru. Dodelets un viņa grupa ir sadarbojušies ar General Motors, lai izstrādātu daudzsološu dzelzs bāzes katalizatoru, ko viņi tagad strādā, lai komercializētu. Tikmēr zemu izmaksu oglekļa nanocauruļu katalizatori un niķeļa katalizatori tiek izstrādāti sārmainā kurināmā elementu ķīmijai.
Katalizatoriem, kas nesatur platīnu, ir arī citas priekšrocības, izņemot to zemās izmaksas, saka Liming Dai , materiālu inženierijas profesors Deitonas Universitātē Ohaio štatā, kurš strādā pie oglekļa nanocauruļu katalizatoriem. Platīna nanodaļiņām ir tendence zaudēt savu katalītisko efektivitāti, laika gaitā agregējoties lielākās daļiņās vai kad oglekļa monoksīds pielīp pie to virsmas. Dai saka, ka oglekļa nanocaurules ilgtermiņā ir izturīgākas.
Tas ir interesants darbs un svarīgs sasniegums, jo šo mehānismu var izmantot citiem katalizatoriem, Dai saka par jauno platīna katalizatoru. Būtu interesanti pārbaudīt šāda veida kodola apvalka katalizatora ilgtermiņa stabilitāti un oglekļa monoksīda [virsmas] saindēšanās efektu.
Štrasers piekrīt, ka jaunajam katalizatoram būs nepieciešama turpmāka pārbaude. Tomēr lielākais kodola apvalka daļiņu izmērs padara tās būtībā stabilākas nekā tīrs platīns, viņš saka. Arī šī metāla izvēlei ir nozīme. Mēs esam pārliecināti, ka alternatīvi metāli, kas nav platīna kodols, piemēram, kobalts vai niķelis, atrisinās stabilitātes problēmu, vienlaikus saglabājot serdes un apvalka struktūras aktivitātes priekšrocības, saka Strasser.
Jaunais materiāls ir pārbaudīts arī darba degvielas šūnās, kas varētu būt būtiska tirgus priekšrocība. Viņš saka, ka lielākā daļa šo citu katalizatoru tika mērīti elektroķīmiskos mērījumos. Tos var izmantot nākotnē, taču šis [jaunais katalizators] ir kaut kas tāds, ko mēs varam ievietot īstās kurināmā elementos jau šodien.