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在研制燃料電池過程中，尋找廉價(jià)且高效的有機(jī)催化劑一直是相關(guān)領(lǐng)域研究人員努力的方向。近日，瑞典優(yōu)密歐大學(xué)的物理學(xué)家揭示了研制此類催化劑的關(guān)鍵過程與機(jī)理，朝著這個(gè)方向邁出了一大步。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于國際納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域權(quán)威期刊《美國化學(xué)學(xué)會(huì)期刊—納米》。
隨著全球?qū)δ茉春驮牧系男枨蟛粩嘣鲩L，世界各地的研究人員正在努力尋找易得且廉價(jià)的材料，用以制造各種可以提供能源的器件。而基于氫和氧的燃料電池?zé)o疑是一個(gè)不錯(cuò)的選擇這種電池在將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何危害，因?yàn)槠涓碑a(chǎn)品是水。
為了讓這種電池的轉(zhuǎn)化效率更高，人們在其電極中添加了多種催化劑。但是，傳統(tǒng)的催化劑主要由鉑、釕等稀有貴金屬組成，不僅價(jià)格不菲，而且難以制造。
3年前，《科學(xué)》雜志曾報(bào)道一項(xiàng)引起學(xué)界轟動(dòng)的研究成果：基于氮摻雜碳納米管的全有機(jī)催化劑具有與含鉑催化劑同樣的催化效率。
此后，不斷有研究者對(duì)其進(jìn)行研究。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，碳納米管中的缺陷可以影響催化效率。
據(jù)了解，理想狀態(tài)的碳納米管全部由碳原子組成，但實(shí)際上，碳納米管許多地方都會(huì)出現(xiàn)碳原子缺失或被替代的現(xiàn)象，也就是“缺陷”。
“在深入研究”缺陷”的機(jī)理之后，我們故意制造了碳原子被氮原子替代的缺陷。研究顯示，這種缺陷可以提高電子密度，進(jìn)而達(dá)到我們所需的催化效率。”該校物理系副教授Thomas Wagberg說。
他還介紹說，實(shí)驗(yàn)表明，具有氮原子缺陷的碳納米管的催化效率要遠(yuǎn)高于具有其他原子缺陷的碳納米管材料，并且通過簡單的加熱手段可以將低效氮原子缺陷轉(zhuǎn)化為高效氮原子缺陷。
此外，這種材料還具有催化其他反應(yīng)的潛力，“例如，將水分解為氫氣和氧氣，也就是說，這種催化劑可以催化人們所稱的”人造光合作用”。”Thomas Wagberg說。
