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韓國的一個研究團隊合成了一種新型的金屬納米顆粒，利用半導(dǎo)體制造技術(shù)可以大大提高氫燃料電池催化劑的性能。韓國科學(xué)技術(shù)研究院（KIST，院長Seok Jin yoon）宣布，由氫燃料電池研究中心Sung Jong yoo博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊通過濺鍍的物理方法成功合成納米顆粒，而不是現(xiàn)有的化學(xué)反應(yīng)。濺鍍是一種半導(dǎo)體制造過程中使用的金屬薄膜沉積技術(shù)。
氫燃料電池通過氫氧轉(zhuǎn)化為水的化學(xué)反應(yīng)過程產(chǎn)生電能｜Protea
在過去的幾十年里，金屬納米粒子在各個領(lǐng)域都有研究。最近，金屬納米顆粒作為氫燃料電池和水電解制氫系統(tǒng)的重要催化劑受到了廣泛的關(guān)注。金屬納米粒子主要是通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)制備的，在制備過程中也使用了對環(huán)境和人類有害的有機物質(zhì)。因此，處理有害物質(zhì)不可避免地會產(chǎn)生額外的成本，合成條件也具有挑戰(zhàn)性。因此，業(yè)界需要一種新的納米顆粒合成方法來克服現(xiàn)有化學(xué)合成的缺點，從而建立氫能體系。
由于具有較好的光學(xué)、催化等效應(yīng)，金屬納米顆粒在生物、催化等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。
KIST研究小組采用的濺鍍工藝是在半導(dǎo)體制造過程中覆蓋金屬薄膜的技術(shù)。將大金屬塊被等離子體切割成納米顆粒，然后沉積在基板上形成薄膜。研究小組利用特殊的葡萄糖基質(zhì)制備納米顆粒，在制備過程中使用等離子體阻止金屬納米顆粒轉(zhuǎn)變成薄膜。這種合成方法是利用等離子體的物理氣相沉積原理而非化學(xué)反應(yīng)。因此，用這種簡單的方法合成金屬納米顆粒克服了現(xiàn)有化學(xué)合成法的局限性。
由于現(xiàn)有的化學(xué)合成方法限制了可用作納米顆粒的金屬類型，阻礙了新型催化劑的開發(fā)。此外，合成條件必須根據(jù)不同的金屬類型而變化。然而，通過改進的合成方法可以合成更多的金屬納米顆粒。此外，如果該技術(shù)同時應(yīng)用于兩種或兩種以上的金屬，則可以合成各種成分的合金納米顆粒。這將促進基于各種合金的高性能納米顆粒催化劑的開發(fā)。
KIST研究團隊利用該技術(shù)合成了鉑鈷釩合金納米催化劑，并應(yīng)用于氫燃料電池電極中的氧還原反應(yīng)。與商業(yè)用作氫燃料電池催化劑的鉑和鉑鈷合金催化劑相比，該催化劑的活性高出7倍和3倍。此外，研究人員還研究了新添加的釩對納米顆粒中其他金屬的影響。通過計算機模擬，他們發(fā)現(xiàn)釩可以通過優(yōu)化鉑－氧鍵能提高催化劑的性能。
KIST的Sung Jong Yoo博士評論表示：“通過這項研究，我們開發(fā)了一種基于新概念的合成方法，可以應(yīng)用于關(guān)注金屬納米粒子的研究，開發(fā)水電解系統(tǒng)、太陽能電池和石油化學(xué)品?！彼a充說：“我們將致力于建立一個完整的氫經(jīng)濟體系，并應(yīng)用新的結(jié)構(gòu)合金納米顆粒來開發(fā)碳中和技術(shù)，以發(fā)展包括氫燃料電池在內(nèi)的環(huán)保能源技術(shù)?！?/span>
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