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新型自组装催化剂:助力氢氧燃料电池大规模生产
时间:2018-06-05 09:50:00来源:材料科技在线
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提要:在实验室中,这些化合物以乐高式的化学建筑积木的方式进行自行装配,最后被装配在一起。这是一种可迅速装备的技术:科学家将这些碎片加入烧瓶中,搅拌它们并加热。随着时间的推移,这些积木会在正确的位置连接在一起从而形成最终的复合体。
新型自组装催化剂:助力氢氧燃料电池大规模生产

一种通过分子自组装的制造的新型催化剂——共面钴卟啉。自组装过程中,装有钴卟啉分子的小瓶(左边的小瓶)与一小瓶钌'夹'(中间的小瓶)混合,得到最终产品——共面钴卟啉催化剂(右边的小瓶)。来源:道格拉斯•里维尔 /布法罗大学

在氢燃料电池中,最佳选择钴荧光钴卟啉

在实验室中,这些化合物以乐高式的化学建筑积木的方式进行自行装配,最后被装配在一起。这是一种可迅速装备的技术:科学家将这些碎片加入烧瓶中,搅拌它们并加热。随着时间的推移,这些积木会在正确的位置连接在一起从而形成最终的复合体。

有朝一日,这种技术可以让汽车制造商降低氢能汽车的价格,让更多消费者能够接触到环保汽车。同时,低成本的燃料电池还可以推动其他氢能设备的开发,例如备用发电机。并且氢气是一种清洁能源,因为氢气燃料电池排出来的副产品只有水。

一篇描述这种新材料的研究于5月29日发表在Chemistry:A European Journal上。库克的合作者包括第一作者Amanda N. Oldacre(最近刚毕业的UB化学博士); UB化学博士的学生Matthew R. Crawley以及UB工程与应用科学学院材料设计和创新研究副教授Alan E. Friedman博士。

库克的实验室专门从事分子自组装,这是一种强大的创造新材料的过程。

“自组装是一种制造复杂分子的好方法,通常要合成一种新材料,必须逐个添加组成部分,而这需要时间和金钱。但是分子自组装速度很快——这是一个一步完成的过程“。

为了制造最终的化合物,库克的实验室设计了卟啉和具有化学性质的“夹子”,确保它们能够在正确的位置相互连接。然后团队将卟啉溶液与夹子混合并加热。在两天内,这些碎片自组装形成共面钴卟啉。

与他们设计的用于取代的铂催化剂一样,同面钴卟啉能促进氢燃料电池中的化学反应,称为氧还原。这涉及到将氧分子分裂成两个独立的氧原子,然后这两个氧原子可以与氢结合形成水——这是一种可以产生能量的相互作用。

但他补充说,用作催化剂的人造卟啉的结构一直很难设计。并且制造这些化合物的过程通常很昂贵,涉及很多步骤,最终产率也很低。

第一作者Oldacre说,“研究这个项目的基本化学特性是非常有意义的,它可能会对碳中性能量转换产生巨大影响。自组装技术的使用能够让我们在48小时内制造出更便宜的材料,并且不存在其他方法合成新化合物时所遇到的困难以及耗时长的提纯的过程。”

文章来自phys网站,原文题目为Lego-like chemical building blocks self-assemble into catalyst for hydrogen fuel cells,由材料科技在线汇总整理。

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