仁川国立大学利用碳壳保护铂催化剂 提升甲醇燃料电池性能

使用化石燃料容易造成环境污染，因而很多科学家致力于寻找有效替代能源。人们对氢燃料电池寄予厚望，但纯氢的运输、储存和使用成本很高，对当前技术提出挑战。相比之下，甲醇(CH3O3)不需要冷藏，能量密度更高，而且便于运输，安全性更高。

（图片来源：techxplore）

直接甲醇燃料电池(DMFC)可以在室温下利用甲醇发电，但其性能有待提升。这种电池的主要问题之一在于不理想的甲醇氧化反应。在甲醇从负极向正极传递的过程中，这种反应会导致铂催化剂降解，影响电池运行。研究人员曾提出一些相关解决方法，然而由于成本或稳定性问题，目前尚未发现有效策略。

据外媒报道，韩国科学家提出一种行之有效的创新解决方案，通过相对简单的方法，将封装在碳壳内的铂纳米颗粒制成催化剂。这种外壳可以形成几乎无法穿透的碳网络，并且由于氮缺陷而形成很小的开口。氧作为DMFC中的主要反应物之一，可以通过这些“孔”到达铂催化剂，而较大的甲醇分子无法通过。作为此项研究的负责人，韩国仁川国立大学（Incheon National University）的Oh Joong Kwon教授表示：“碳壳能够起到分子筛的作用，选择所需要的反应物。这些反应物可以真正到达催化剂的位置，防止铂核发生不良反应。”

科学家们通过实验表征所制备催化剂的整体结构和组成，并证明氧可以穿过碳壳，而甲醇不能。他们还发现一种简单直接的方法，在热处理过程中，只需改变温度，即可调节壳体中的缺陷数量。随后的比较实验表明，新型带壳催化剂的性能优于商用铂催化剂，并且具有更高的稳定性。

过去10年里，Kwon教授一直致力于改良燃料电池催化剂，旨在使这项技术通过多种方式融入日常生活。随着气候变化问题日益严重，寻找可持续性替代燃料将成为人类的首要目标之一，而这项研究让我们朝这一目标又迈进了一步。