«Что делает это исследование особенно важным, то, что оно увеличивает наше понимание точно, почему эти альтернативные катализаторы активны», сказал Петр Целенай, лидер проекта в Национальной лаборатории Лос-Аламоса. «Мы продвигали область, но не понимая источники деятельности; без структурного и функционального понимания дальнейший прогресс был очень трудным».Основываясь на предыдущих исследованиях, ведомая Лос-Аламосом команда синтезировала катализаторы, включающие недорогие платиновые альтернативы, которые приводят к работе, сопоставимой со стандартным катализатором топливного элемента PGM, используемым в приложениях транспортного средства. Используя сложную микроскопию в Окриджской национальной лаборатории (ORNL), исследователи смогли непосредственно наблюдать единственный атом активные места в новом материале, где катализ происходит, который обеспечил уникальное понимание потенциала эффективности PGM-свободного материала.Платина помогает и в электрокаталитическом окислении водородного топлива в аноде и в электрокаталитическом сокращении кислорода от воздуха в катоде, вырабатывая применимую электроэнергию.
Нахождение жизнеспособной, недорогой PGM-свободной альтернативы катализатора становится более возможным, но понимает точно, где и как катализ происходит в этих новых материалах, была давняя проблема. Это верно, Зеленей отметил, особенно в катоде топливного элемента, где относительно медленная кислородная реакция сокращения или ОРР, происходит, который требует значительной ‘погрузки’ платины.Новый материал, исследованный в этом исследовании, является железным углеродом азота (Fe-N-C) электрокатализатор, синтезируемый с двумя предшественниками азота, которые развивали иерархическую структуру поры, чтобы выставить большую часть углеродных поверхностей к кислороду. Его работа топливного элемента приближается к работе платиновых катализаторов, значительного шага вперед, как зарегистрировано в работу испытательного стенда топливного элемента.
С помощью ORNL’s, исправленного отклонением, просматривая просвечивающий электронный микроскоп и электронную энергетическую спектроскопию потерь, исследователи ORNL смогли обеспечить первое непосредственное наблюдение часто предлагаемого ОРРА активное место, FeN4, на атомном уровне.«И с этой работой и с атомной визуализацией мест реакции, мы преодолеваем разрыв, чтобы заменить платину высокоэффективным катализатором, готовым быть расширенным для возможного применения в топливных элементах для автомобильных заявлений», заявили Каррен Больше, руководитель группы микроскопии ORNL.Кроме того, высокая деятельность Fe-N-C катализаторов и структуры активного места FeN4 была предсказана компьютерным моделированием, проводимым в Лос-Аламосе, как был возможный путь реакции.«В данной статье мы связываем моделирование и результаты микроскопии с электрохимически решительной высокой деятельностью PGM-бесплатного кислородного катализатора реакции сокращения», сказал Зеленей.
Исследование Лос-Аламоса топливных элементов расширяет возможности для выработки энергии в поддержку миссии Лаборатории укрепления национальной энергетической безопасности.