开发更灵活的纳米材料

开发更灵活的纳米材料

约翰·霍普金斯的一项新研究发现,一种增加超薄纳米片(只有几个原子厚)反应性的新方法,有一天可以使氢汽车燃料电池更便宜。

一份发表在《科学》杂志上的关于这一发现的报告提供了使用燃料电池更快、更便宜地生产电力的前景,也提供了大量化学品和材料,如氢。”每种材料在原子水平上都会由于晶体对称性的破坏而经历表面应变。我们发现了一种使这些晶体超薄化的方法,从而减少了原子间的距离,增加了材料的反应性,”约翰霍普金斯大学化学和生物分子工程助理教授、该研究的一位作者王超说。

简而言之,应变是任何材料的变形。例如,当一张纸弯曲时,将纸固定在一起的复杂格子会随着施加的力而改变。

在这项研究中,王和他的同事操纵了应变效应,也就是原子间的距离,使得材料发生了巨大的变化。通过使这些格子变得非常薄,大约比一缕头发薄一百万倍,这种材料变得更容易操作,就像一张纸比一堆厚纸更容易弯曲一样。

普渡大学(Purdue)化学工程教授杰弗里·格里利(Jeffrey Greeley)和论文的另一位作者说:“我们基本上是用力来调整组成电催化剂的薄金属片的性能,电催化剂是燃料电池电极的一部分。”最终的目标是在多种金属上测试这种方法。”王补充说:“通过调整材料的厚度,我们能够产生更多的应变,从而改变材料的特性,包括分子如何结合在一起。”这意味着你有更多的自由来加速你想要在材料表面上的反应。”

优化反应对于提高燃料电池汽车用催化剂的活性是有用的。虽然燃料电池代表了一种面向无排放电动汽车的有前途的技术,但挑战在于与铂和钯等贵金属催化剂相关的费用,限制了其对绝大多数消费者的生存能力。一种更为活跃的燃料电池催化剂可以降低成本,为广泛采用绿色可再生能源扫清道路。

王和他的同事估计,他们的新方法可以将催化剂活性提高10到20倍,使用的贵金属比目前燃料电池所需的贵金属少90%。

王说:“我们希望有一天我们的发现能够帮助生产更便宜、更高效的燃料电池,使环保型汽车更容易为每个人使用。”

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