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微觀世界新科技-鑄強奈米學園 首頁 / 交流討論 / 新奈米觸媒催生燃料電池車
新奈米觸媒催生燃料電池車 回應
美國科學家開發了一種新型的觸媒,可更有效地驅動氫燃料電池車。這種由威士康新大學麥迪遜分校生化工程教授Manos Mavrikakis及馬里蘭大學生物化學教授Bryan Eichhorn所研發出的觸媒,主要是在釕(Ru)奈米微粒外包覆了一至二層的鉑(Pt),在室溫下相當穩定,且能明顯改善燃料電池中的氫氣純化反應,提供電池更多的氫來產生能量。

目前燃料電池使用的氫大部分是透過重組反應(reforming)提煉自石化燃料,其中的一個重要步驟是先使用觸媒優先清除氫中的CO(PROX),因為CO的存在會使燃料電池中昂貴的鉑觸媒失去效用。以倍受看好的質子交換膜燃料電池為例,這種電池採用含鉑觸媒的多孔碳電極,氫與氧分別由電池的兩端進入,鉑使氫分子轉變成質子,質子擴散通過薄膜,與另一端的氧反應而產生電力,副產品則為水與熱。

以傳統方法製作的觸媒含有釕及鉑,必須加熱至70℃才可發生PROX反應,但相同元素製成上述的核殼(core-shell)奈米微粒後,在室溫下即可進行活化反應,可節省更多能源。Mavrikakis表示此反應的成功因素有二,一是這種核殼奈米結構聚合物的製作方法能將確切份量的元素(此例中為鉑),精確地包覆在特定的釕原子上。與純鉑相比,這種特殊奈米結構表面能承載的CO明顯少了,因此騰出更多空位,讓氧氣進來反應。

第二個原因是名為「氫輔助CO氧化」(hydrogen-assisted CO oxidation)的新反應機制:它利用氫原子攻擊氧分子,並生成中間產物過氧X基(hydroperoxy),結果更容義產生氧原子。氧原子會選擇性地與CO反應生成CO2,導致有比純鉑時還多的氫分子供電池使用。

上述成果雖是燃料電池技術發展的一個突破,但對觸媒領域的意義更重大,這是因為研究人員是先透過理論研究,鎖定釕-鉑為理想的核殼系統,此外,新製程產生的釕-鉑奈米結構迥異於傳統的釕-鉑塊材結構。這兩種方法的結合可銜接表面科學與觸媒學,為各種重要的化學製程開發出新的節能材料。

原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/yournews/33463
譯者:劉怡萱(逢甲大學光電學系)
2008/4/22 AM 11:02:18


劉志彥





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