TUM研究团队研发铂纳米颗粒 催化性能是现在催化剂效率的2倍

作者：TechnicalUniversityofMunich

慕尼黑工业大学（TUM）的一个跨学科研究团队已经为燃料电池中的催化作用建造了铂纳米颗粒：这种新型尺寸优化催化剂的性能是目前市面上最好的催化剂的两倍。

燃料电池可以很好地代替电池作为电动汽车的动力源。他们消耗氢气，这种气体可以利用风力发电厂的剩余电力来生产。然而，用于燃料电池的铂是罕见的，而且非常昂贵，这一直是目前应用中的一个限制因素。

慕尼黑理工大学（TUM）的一个研究团队，由无机和有机金属学化学教授罗兰·费舍尔（RolandFischer）、能量转换和存储物理教授阿里克桑德·班达伦卡（AliaksandBandarenka）和能量转换纳米系统模拟教授阿莱西奥·加利亚迪（AlessioGaglaridi）领导，目前已选择将铂颗粒的尺寸缩小到一定程度，使其性能达到目前市面上最好的工艺水平的两倍。

理想：一个铂“蛋”只有一纳米大

在燃料电池中，氢与氧反应生成水，在此过程中产生电能。为了优化这种转化过程，需要在电极上使用复杂的催化剂。铂在氧化还原反应中起着中心作用。

为了寻找一个理想的解决方案，该团队创建了一个完整系统的计算机模型。核心问题是：一个铂原子团能有多小，并且仍然具有很强的催化作用？“事实证明，铂堆有一定的最佳尺寸。”费舍尔解释说。尺寸约为1纳米且含有约40个铂原子的粒子是理想的。这种尺寸的铂催化剂体积小，但有大量的高活性点，具有高质量活性，Bandarenka说。

跨领域合作

催化研究中心（CRC）的跨学科合作是研究团队成果的一个重要因素。结合建模的理论能力、联合讨论以及从实验中获得的物理和化学知识，最终得出了一个模型，该模型显示了如何以所涉及组件的理想形式、尺寸和尺寸分布设计催化剂。

此外，CRC还拥有创建和实验测试计算出的铂纳米催化剂所需的专业知识。“这需要很多无机合成的技术。”KathrinKratzl说，与BatyrGarlyyev和MarlonR_ck一起，这项研究的三位主要作者之一。

效率是传统催化剂的两倍

实验准确地证实了理论预测。“我们的催化剂的效率是市场上最好的传统催化剂的两倍，”Garlyyev说，他补充说，这仍然不足以用于商业应用，因为目前铂量减少50%必须增加到80%。

除了球形纳米颗粒外，研究人员还希望从更复杂的形状中获得更高的催化活性。在合作伙伴关系中建立的计算机模型非常适合这种建模。”然而，更复杂的形状需要更复杂的合成方法，”Bandarenka说。这将使计算和实验研究在未来变得越来越重要。