韩国发现新型燃料电池催化剂 可人为调节

蔚山国立科技研究所(UNIST)、韩国能源研究所(KIER)和美国Brookhaven国家实验室的三个机构的研究人员发现了一组新的基于“有序排列、孔状、卟啉碳原子(M-OMPC)”的不含贵金属的燃料电池催化剂，它表面积大，其孔状结构还可以人为调节。

这种催化剂在氧还原反应方面的性能超过金属铂，对于燃料电池非常重要，但是生产成本仅为铂的10%。该研究结果将进一步降低燃料电池的价格，这对于燃料电池汽车的推广具有关键作用。

燃料电池的优点很多：它们工作效率高、环境污染小，广泛适用于汽车、小型汽电器、家庭发电装置。长期以来，燃料电池主要采用位于阳极和阴极的碳纳米管载铂基催化剂。但是铂基催化剂在阴极上的性能较差，不利于氧还原反应进行。另外，铂基催化剂容易在长期使用后烧结成块，造成催化剂失效。金属铂的高价格、低存量也进一步限制了燃料电池的普及。所以，由此催生了一种低价格、高性能、无贵金属的新型催化剂。

该款新研发的材料源自“有序排列、孔状、二氧化硅(OMS)模板”，加入金属卟啉前体后，经过纳米铸造而成。它们的卟啉碳原子具有三维网络结构。

其优势有：

1. 在实验室条件下，其合成路线简单可靠

2. 通过改变OMS模板，M-OMPC的孔状结构的尺寸和连接状态可以人为调节

3. 使用合适的方法，每次都能够制取较大量的M-OMPC催化剂，每次可达10g的重量级别

4. 分层良好的、具有纳米级孔结构的M-OMPC可以提升燃料和副产物的运输效率

在一系列M-OMPC催化剂中，掺有铁和钴的FeCo-OMPC表现出了极高的酸性条件下的催化氧还原反应的能力。它不但是非贵金属催化剂中性能最好的，而且在0.9V电压的条件下，它的性能甚至还超过了常规的铂/碳催化剂80%以上。另外，相比铂/碳催化剂，FeCo-OMPC还表现出了优秀的耐久性能和甲醇抵抗力。这首先因为FeCo-OMPC比较难于和氧气发生反应，也因为该催化剂具有更大的表面积。

为了评估FeCo-OMPC催化剂的耐久性，小组使用0.6V和1.0V之间的工作电压，循环一万次进行试验。

他们通过分析电压变动量和电流密度发现：FeCo-OMPC催化剂表现出了超过铂/碳催化剂的优秀的耐久性能和更好的抗失效性能。

研究者说，近些年来，氧还原反应催化剂的进展很快。举例来说，铅铝内核加单层铂外层的纳米颗粒、铂-钴化合物的纳米颗粒、和介孔结构铂镍薄膜等，都具有在酸性介质中出色的催化能力。他们认为，和以上新型催化剂一样，M-OMPC也是很有希望的，将来还可以应用于诸如金属空气电池、电解器等的其他的电催化反应中。

5. M-OMPC催化剂的表面积大，可以提高催化反应的有效接触面积。　蔚山国立科技研究所(UNIST)、韩国能源研究所(KIER)和美国Brookhaven国家实验室的三个机构的研究人员发现了一组新的基于“有序排列、孔状、卟啉碳原子(M-OMPC)”的不含贵金属的燃料电池催化剂，它表面积大，其孔状结构还可以人为调节。

这种催化剂在氧还原反应方面的性能超过金属铂，对于燃料电池非常重要，但是生产成本仅为铂的10%。该研究结果将进一步降低燃料电池的价格，这对于燃料电池汽车的推广具有关键作用。

燃料电池的优点很多：它们工作效率高、环境污染小，广泛适用于汽车、小型汽电器、家庭发电装置。长期以来，燃料电池主要采用位于阳极和阴极的碳纳米管载铂基催化剂。但是铂基催化剂在阴极上的性能较差，不利于氧还原反应进行。另外，铂基催化剂容易在长期使用后烧结成块，造成催化剂失效。金属铂的高价格、低存量也进一步限制了燃料电池的普及。所以，由此催生了一种低价格、高性能、无贵金属的新型催化剂。

该款新研发的材料源自“有序排列、孔状、二氧化硅(OMS)模板”，加入金属卟啉前体后，经过纳米铸造而成。它们的卟啉碳原子具有三维网络结构。

其优势有：

1. 在实验室条件下，其合成路线简单可靠

2. 通过改变OMS模板，M-OMPC的孔状结构的尺寸和连接状态可以人为调节

3. 使用合适的方法，每次都能够制取较大量的M-OMPC催化剂，每次可达10g的重量级别

4. 分层良好的、具有纳米级孔结构的M-OMPC可以提升燃料和副产物的运输效率

在一系列M-OMPC催化剂中，掺有铁和钴的FeCo-OMPC表现出了极高的酸性条件下的催化氧还原反应的能力。它不但是非贵金属催化剂中性能最好的，而且在0.9V电压的条件下，它的性能甚至还超过了常规的铂/碳催化剂80%以上。另外，相比铂/碳催化剂，FeCo-OMPC还表现出了优秀的耐久性能和甲醇抵抗力。这首先因为FeCo-OMPC比较难于和氧气发生反应，也因为该催化剂具有更大的表面积。

为了评估FeCo-OMPC催化剂的耐久性，小组使用0.6V和1.0V之间的工作电压，循环一万次进行试验。

他们通过分析电压变动量和电流密度发现：FeCo-OMPC催化剂表现出了超过铂/碳催化剂的优秀的耐久性能和更好的抗失效性能。

研究者说，近些年来，氧还原反应催化剂的进展很快。举例来说，铅铝内核加单层铂外层的纳米颗粒、铂-钴化合物的纳米颗粒、和介孔结构铂镍薄膜等，都具有在酸性介质中出色的催化能力。他们认为，和以上新型催化剂一样，M-OMPC也是很有希望的，将来还可以应用于诸如金属空气电池、电解器等的其他的电催化反应中。

5. M-OMPC催化剂的表面积大，可以提高催化反应的有效接触面积。