作者：TechnicalUniversityofMunich

慕尼黑工業(yè)大學（TUM）的一個跨學科研究團隊已經為燃料電池中的催化作用建造了鉑納米顆粒：這種新型尺寸優(yōu)化催化劑的性能是目前市面上最好的催化劑的兩倍。

燃料電池可以很好地代替電池作為電動汽車的動力源。他們消耗氫氣，這種氣體可以利用風力發(fā)電廠的剩余電力來生產。然而，用于燃料電池的鉑是罕見的，而且非常昂貴，這一直是目前應用中的一個限制因素。

慕尼黑理工大學（TUM）的一個研究團隊，由無機和有機金屬學化學教授羅蘭·費舍爾（RolandFischer）、能量轉換和存儲物理教授阿里克桑德·班達倫卡（AliaksandBandarenka）和能量轉換納米系統(tǒng)模擬教授阿萊西奧·加利亞迪（AlessioGaglaridi）領導，目前已選擇將鉑顆粒的尺寸縮小到一定程度，使其性能達到目前市面上最好的工藝水平的兩倍。

理想：一個鉑“蛋”只有一納米大

在燃料電池中，氫與氧反應生成水，在此過程中產生電能。為了優(yōu)化這種轉化過程，需要在電極上使用復雜的催化劑。鉑在氧化還原反應中起著中心作用。

為了尋找一個理想的解決方案，該團隊創(chuàng)建了一個完整系統(tǒng)的計算機模型。核心問題是：一個鉑原子團能有多小，并且仍然具有很強的催化作用？“事實證明，鉑堆有一定的最佳尺寸?！辟M舍爾解釋說。尺寸約為1納米且含有約40個鉑原子的粒子是理想的。這種尺寸的鉑催化劑體積小，但有大量的高活性點，具有高質量活性，Bandarenka說。

跨領域合作

催化研究中心（CRC）的跨學科合作是研究團隊成果的一個重要因素。結合建模的理論能力、聯(lián)合討論以及從實驗中獲得的物理和化學知識，最終得出了一個模型，該模型顯示了如何以所涉及組件的理想形式、尺寸和尺寸分布設計催化劑。

此外，CRC還擁有創(chuàng)建和實驗測試計算出的鉑納米催化劑所需的專業(yè)知識。“這需要很多無機合成的技術。”KathrinKratzl說，與BatyrGarlyyev和MarlonR_ck一起，這項研究的三位主要作者之一。

效率是傳統(tǒng)催化劑的兩倍

實驗準確地證實了理論預測?！拔覀兊拇呋瘎┑男适鞘袌錾献詈玫膫鹘y(tǒng)催化劑的兩倍，”Garlyyev說，他補充說，這仍然不足以用于商業(yè)應用，因為目前鉑量減少50%必須增加到80%。

除了球形納米顆粒外，研究人員還希望從更復雜的形狀中獲得更高的催化活性。在合作伙伴關系中建立的計算機模型非常適合這種建模?！比欢?，更復雜的形狀需要更復雜的合成方法，”Bandarenka說。這將使計算和實驗研究在未來變得越來越重要。