碳化钨载体可减少铂催化剂的成本

2016-05-13
研发部

                                         碳化钨载铂

  氢能是公认的清洁能源,作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪,我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划,并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展,在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一,也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。

       当今世界开发新能源迫在眉睫,原因是所用的能源如石油、天然气、煤,石油气均属不可再生资源,地球上存量有限,而人类生存又时刻离不开能源,所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加,其储量日益减少,终有一天这些资源、能源将要枯竭,这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时,人们期待的新的二次能源。

       氢无疑是未来最具前景的燃料之一。而氢催化剂(通常是铂)的特征和性能对于电催化系统的效率和成本来说至关重要。目前,University of Delaware (美国)的Jingguang G. Chen教授及其团队发明了一种在不降低效率的前提下节约铂的方法:他们将单层铂原子沉积到廉价的碳化钨载体上。

       只有在阳极或者电池的阴极存在有高效的催化剂时,水解氢的过程才能高效地进行。由于铂金属具有很高的活性,所以是作为催化剂的理想材料——但是铂的价格确非常昂贵,目前大约52美元每克。Chen教授解释说“铂高昂的价格和稀缺性是实现大规模电解制氢的最大障碍。”

      目前,将铂原子沉积到载体上的方法并不是很有效。铂原子经常会进入多孔载体的孔道内部,不能有效地参与反应。Chen教授说,“我们的目标是将单层的铂原子沉积到一个廉价的平面载体上,这样所有铂原子都能够参与反应。”

       这种方法的问题在于,如果将单层金属原子沉积到载体表面,这些原子会与载体发生作用。导致单个原子的间距与纯金属的原子间距不同,这样的差异又会影响到原子的电子结构。此外,铂原子与载体原子之间的作用也会对性能产生影响。这些会极大地破坏铂的催化活性。

      Chen教授的研究小组选择了碳化钨作为载体。这种材料价格低廉而且与铂的性能相近。他们在钨衬底上首先沉积碳化钨的薄膜,然后利用气相沉积加入铂原子。由于碳化钨载体上单层铂原子的化学与电子性能与纯铂中的原子差别很小,所以获得的铂原子的催化效率也很高。

      “碳化钨是铂原子的最佳载体,”Chen教授说。“我们有可能大量地减少铂在电解水以及其它铂催化过程中得用量,这将大大地降低成本。“

来源:内江洛伯尔材料科技有限公司