讓設計催化劑的夢想照進現實
2010-06-01 來源:科學時報
為了完全弄清楚其中的奧秘,包信和小組借用由新近落成的上海光源裝置產生的高強度X射線光,在X射線吸收精細結構譜線站(BL14W1)對真實催化反應過程中催化劑表面結構進行原位、動態表征,發現當催化過程達到穩態時,催化劑表面的鐵物種處于低價的亞鐵狀態,這一結果很好地驗證了基礎研究和理論分析得到的結論。
通過與新源動力股份有限公司合作,包信和小組將這一催化劑應用到質子交換膜燃料電池燃料氣氫氣中微量一氧化碳脫除的實際過程,在燃料電池真實操作條件下(60~80攝氏度,25%CO2和15%水蒸氣),成功地實現了一氧化碳完全脫除。這是世界上首次報道的用于燃料電池中CO高效脫除的實際應用結果。現在,該催化劑已正常運行超過1500小時,催化劑制備技術和催化反應過程已申報國家發明專利。
目標:實現貴金屬的完全替代
包信和說:“當然,目前制備的催化劑中還是需要貴金屬鉑。不過我們已經明確了在這一高效的催化體系中鉑的作用。除了提供一氧化碳吸附位以外,一個非常重要的作用就是像生物酶中的蛋白配體一樣,通過與鐵原子的相互作用提供了一種納米界面限域機制,穩定了具有高活性的CUF結構,并在催化反應中實現了催化循環。”
依據這一概念,包信和小組正在尋找合適的襯底材料(如納米結構碳材料、復合材料等),使其在催化劑中發揮與貴金屬鉑相似的功能,從而實現在這類催化劑中貴金屬的完全替代。
包信和還特別指出,由這項研究發展起來的“界面限域催化”概念,為更深入地理解多相催化反應機制和創制新的納米催化體系提供了重要的理論基礎和科學指導。
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(責任編輯:佳)
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