中國儲能網(wǎng)訊：眾所周知，鉑等貴金屬催化劑的使用嚴(yán)重阻礙了燃料電池技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。5月27日，化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》刊登了麻省理工大學(xué)（MIT）研究生Sean Hunt等人在替代鉑催化劑工作上所取得的成果。
在最簡單的情況下，鎢具有六個價電子，通過對其電子進行修飾可以使其模擬具有十個價電子的鉑，因此只需讓鎢與擁有四個價電子的碳進行反應(yīng)生成碳化鎢陶瓷材料即可。研究表明，碳化鎢具有與鉑相似的性能，能催化很多重要的熱力學(xué)及電催化反應(yīng)，如生物質(zhì)轉(zhuǎn)換、加氫、氧還原和乙醇氧化等。更重要的是，鎢元素在地表的含量是鉑元素的三倍，因此具有更廣闊的應(yīng)用前景。
然而，碳化鎢和鉑均屬多相催化劑，這就意味著它們往往需要具有納米尺寸以增加反應(yīng)面積并產(chǎn)生量子限域效應(yīng)，從而使催化反應(yīng)速率最大化。目前來說，鉑納米顆粒相對容易制備，而小于5nm的純凈無雜質(zhì)碳化鎢顆粒制備方法尚未見報道。
為了解決這一難題，MIT研究團隊開發(fā)了一種“可移除陶瓷涂覆法”，即將分散在膠體中的過渡金屬氧化物納米顆粒涂覆在多孔硅表面。在高溫下，氫氣或者甲醇等還原氣體能沿多孔硅的孔道擴散并將附著在表面的過渡金屬氧化物還原成金屬單質(zhì)，從而得到過渡金屬碳化物顆粒，硅殼能阻止單質(zhì)間的燒結(jié)并防止碳過度沉積。在室溫下，將硅殼移除后既可獲得納米金屬碳化物顆粒。
該研究團隊通過此法首次制得了非燒結(jié)的雙金屬碳化物納米顆粒，經(jīng)測試具有與目前商業(yè)鉑催化劑相當(dāng)?shù)拇呋阅?，是目前商業(yè)化碳化鎢粉末催化活性的兩倍，并能有效解決現(xiàn)有產(chǎn)品存在的燒結(jié)和表面碳沉積問題。
