Energi hidrogen adalah energi bersih paling ideal di masa depan. Kendaraan sel bahan bakar hidrogen menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, dengan efisiensi konversi energi tinggi dan emisi nol bersih. Ini adalah salah satu arah pengembangan utama kendaraan energi baru dan energi bersih di masa depan. Namun, promosi kendaraan sel bahan bakar hidrogen masih penuh dengan kesulitan.Salah satu masalah utamanya adalah keracunan CO pada elektroda sel bahan bakar hidrogen. Pada tahap ini, hidrogen terutama berasal dari pembentukan kembali uap hidrokarbon seperti metanol dan gas alam, reaksi pergeseran gas air, dll., Dan biasanya mengandung 0,5% hingga 2% jejak CO. Sebagai "jantung" kendaraan sel bahan bakar hidrogen, elektroda sel bahan bakar mudah diracuni oleh gas pengotor CO, yang mengakibatkan penurunan kinerja baterai dan masa pakai yang lebih pendek, yang sangat membatasi promosi jenis kendaraan ini. Oksidasi Prioritas CO di atmosfer kaya hidrogen (PROX) adalah cara paling ideal untuk menghilangkan jejak CO dari hidrogen on-board. Namun, katalis PROX yang ada memiliki suhu kerja yang relatif tinggi (di atas suhu kamar) dan kisaran sempit, yang tidak dapat memberikan perlindungan yang efektif untuk sel bahan bakar hidrogen selama start dingin yang sering dalam kondisi dingin.
Menanggapi masalah teknis ini, kelompok penelitian Profesor Lu Junling, Wei Shiqiang, dan Yang Jinlong dari Universitas Sains dan Teknologi Cina bekerja sama untuk menggunakan deposisi lapisan atom (ALD) untuk merancang jenis baru Fe1 (OH) x-Pt struktur katalis antarmuka titik unit untuk pertama kalinya (Gambar 1), dan telah membuat kemajuan baru dalam penghilangan jejak CO dengan suhu rendah dan efisien dari hidrogen untuk menghasilkan hidrogen dengan kemurnian tinggi. Hasil penelitian berjudul Besi hidroksida terdispersi atom yang ditambatkan pada Pt untuk oksidasi preferensial CO dalam H2, yang dipublikasikan secara online di jurnal internasional Nature pada 31 Januari.
Dalam pekerjaan ini, tim peneliti Lu Junling memanfaatkan sepenuhnya reaksi pembatasan diri permukaan dalam teknologi ALD dan karakteristik disosiasi dan adsorpsi sumber logam ferosen pada permukaan logam mulia dan efek sterik antarmolekul, dan berhasil memuat nanometer logam Pt pada SiO2 Pada permukaan partikel, spesies titik tunggal Fe1 (OH) x secara tepat dibangun pada tingkat atom, yang pada gilirannya mendorong pembentukan pusat aktif katalitik antarmuka titik-titik Fe1 (OH) x-Pt yang kaya, aktivitas ultra-tinggi dan stabilitas tinggi. Dalam reaksi PROX, para peneliti menggunakan katalis baru untuk pertama kalinya dalam kisaran suhu ultra-lebar ~ -75 ° C hingga 110 ° C untuk berhasil mencapai 100% penghilangan CO selektif lengkap (Gambar 2a, b), yang merupakan terobosan besar Dua batasan utama dari katalis PROX yang ada dengan suhu kerja yang relatif tinggi dan kisaran yang sempit memberikan metode perlindungan yang komprehensif dan efektif untuk sel bahan bakar hidrogen untuk menghindari keracunan CO selama seringnya start dingin dan operasi berkelanjutan dalam kondisi dingin. Promosi kendaraan sel bahan bakar hidrogen di masa depan telah menghilangkan hambatan besar. Yang lebih terpuji adalah bahwa katalis masih dapat menunjukkan stabilitas yang sangat baik dengan adanya CO2 dan uap air (Gambar 2c), dan aktivitas katalitik massa spesifiknya (5,21 molCO h-1 gPt-1) ) Apakah 30 kali katalis Pt / Fe2O3 tradisional (Gambar 2d).
Kelompok Wei Shiqiang menggunakan spektroskopi serapan sinar-X in-situ (XAFS) untuk secara eksperimental mendeteksi bahwa struktur spesies Fe1 (OH) x dalam atmosfer reaksi PROX adalah Fe1 (OH) 3. Atom Fe dan atom Pt pada permukaan nanopartikel Pt membentuk Fe- Tidak ada ikatan Fe-Fe yang jelas dari Pt, dan secara mengejutkan ditemukan bahwa spesies ini memiliki karakteristik reduksi sangat tinggi. Hal ini dapat direduksi oleh hidrogen untuk menghasilkan Fe1 (OH) 2 pada suhu kamar, mengungkapkan alasan yang melekat untuk aktivitas katalitiknya yang tinggi. Kelompok penelitian Wang Bing menggunakan scanning tunneling electron microscopy (STM) untuk mempelajari perilaku pertumbuhan FeOx ALD pada permukaan kristal tunggal Pt, dan mengamati pembentukan spesies FeOx berukuran sub-nano, yang secara langsung membuktikan kemungkinan pembentukan spesies Fe monodisperse di permukaan Pt Seks. Pada saat yang sama, percobaan spektroskopi fotoelektron sinar-X tekanan atmosfer dekat (NAP-XPS) juga lebih jauh menegaskan bahwa spesies oksigen yang terikat dengan Fe di bawah atmosfer reaksi PROX adalah spesies hidroksil.
Perhitungan teoritis dari kelompok Yang Jinlong menentukan konfigurasi spasial Fe1 (OH) 3 pada permukaan Pt, dan memastikan bahwa antarmuka titik satuan Fe1 (OH) x-Pt yang terbentuk pada permukaan partikel Pt adalah pusat aktif katalitik dan mengungkapkan reaksi katalitiknya. Mekanisme: CO yang teradsorpsi pertama-tama menyerang salah satu OH untuk membentuk spesi perantara pada permukaan COOH; setelah itu, O2 diaktifkan pada antarmuka dengan penghalang yang sangat rendah; atom O yang terbentuk kemudian menyerang COOH hingga akhirnya menghasilkan CO2.
Seperti yang kita semua tahu, antarmuka oksida logam memainkan peran penting dalam banyak reaksi katalitik. Pekerjaan ini memberikan ide baru bagi masyarakat untuk merancang katalis logam yang sangat aktif.
Riset ini didukung oleh National Natural Science Foundation of China, National Key Research and Development Program, National Basic Science Center Project, the "Thousand Young Talents" Program dari Central Organization Department, Swedish Research Association, dan Knut and Alice Bu Wallenberg Foundation. Laboratorium nasional seperti Beijing Synchrotron Radiation, Shanghai Synchrotron Radiation, Hefei National Synchrotron Radiation Center dan Max-lab of Sweden memberikan dukungan untuk penelitian ini.
Gambar 1. Antarmuka titik unit Fe1 (OH) x-Pt diagram skema model struktur katalis baru. Di sini bola biru, kuning, merah dan putih masing-masing mewakili atom platina, besi, oksigen dan hidrogen.
Gambar 2. Perbandingan performa katalitik katalis antarmuka unit-site 1cFe-Pt / SiO2, 2cFe-Pt / SiO2, 3cFe-Pt / SiO2 yang dibuat dengan metode ALD dan katalis Pt / SiO2, Pt / Fe2O3 konvensional dalam reaksi PROX. (A) Laju konversi CO; (b) selektivitas CO; kondisi reaksi: 1% CO, 0,5% O2 dan 48% H2, gas keseimbangan helium, kecepatan ruang 36000 ml g-1h-1, tekanan 0,1 MPa . (C) Uji stabilitas jangka panjang katalis 1cFe-Pt / SiO2. Kondisi reaksi: 1% CO, 0,5% O2, 48% H2, 20% CO2 dan 3% H2O, gas keseimbangan adalah helium, kecepatan ruang 36000 ml g-1 h-1; tekanan 0,1 Mpa, suhu reaksi 353K . (D) Perbandingan aktivitas massa spesifik katalis.
Sumber: Universitas Sains dan Teknologi Cina
Tips: Baru-baru ini, aliran informasi akun resmi WeChat telah direvisi. Setiap pengguna dapat mengatur nomor langganan membaca yang sering, yang akan ditampilkan dalam bentuk kartu besar. Oleh karena itu, jika Anda tidak ingin ketinggalan artikel "Voice of Chinese Academy of Sciences", Anda harus melakukan hal berikut: Masuk ke akun publik "Voice of Chinese Academy of Sciences" klik menu di pojok kanan atas pilih "Set as Star"
- Secara resmi mengumumkan final LPL, data perbandingan kekuatan komprehensif kedua tim, iG mengalahkan JDG
- Perekrutan Xiaoyueyue sedang terbakar, orang tua yang mengajari pekerjaan rumah tidak runtuh, manfaatnya ada di sini!
- "The Year of the Dance Elephant" menyambut perubahan di pasar otomotif, Shanghai Auto Show 2019 dibuka hari ini