Hidrojendeki eser CO'nun verimli bir şekilde uzaklaştırılması konusunda araştırma ilerlemesi sağlanmıştır.
Hidrojen enerjisi, gelecekteki en ideal temiz enerjidir. Hidrojen yakıt hücreli araçlar, yüksek enerji dönüşüm verimliliği ve temiz sıfır emisyon ile hidrojeni yakıt olarak kullanır.Yeni enerji ve temiz enerji araçlarının gelecekteki ana geliştirme yönlerinden biridir. Bununla birlikte, hidrojen yakıt hücreli araçların tanıtımı hala zorluklarla doludur .. Temel sorunlardan biri, hidrojen yakıt hücresi elektrotlarının CO zehirlenmesidir. Bu aşamada, hidrojen esas olarak, metanol ve doğal gaz, su gazı kaydırma reaksiyonu, vb. Gibi hidrokarbonların buharla reformasyonundan türetilir ve genellikle% 0,5 ila% 2 eser CO içerir. Hidrojen yakıt hücreli araçların "kalbi" olan yakıt hücresi elektrotları, CO safsızlık gazı ile kolayca zehirlenir, bu da pil performansının azalmasına ve kullanım ömrünün kısalmasına neden olur, bu da bu tür aracın tanıtımını ciddi şekilde sınırlar. Hidrojen açısından zengin atmosferde (PROX) CO'nun tercihli oksidasyonu, gemideki hidrojenden eser miktarda CO'yu uzaklaştırmanın en ideal yoludur. Bununla birlikte, mevcut PROX katalizörü, nispeten yüksek bir çalışma sıcaklığına (oda sıcaklığının üzerinde) ve dar bir aralığa sahiptir; bu, soğuk koşullar altında sık soğuk başlatma sırasında hidrojen yakıt hücreleri için etkili koruma sağlayamaz.
Bu teknik soruna yanıt olarak, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Lu Junling, Wei Shiqiang ve Yang Jinlong'un araştırma grupları, yeni bir Fe1 (OH) x-Pt birim nokta arayüz katalizör yapısı tasarlamak için atomik katman biriktirme (ALD) kullanmak için yakın bir şekilde çalıştılar. (Şekil 1) ve yüksek saflıkta hidrojen üretmek için düşük sıcaklıkta ve eser CO'nun hidrojenden verimli bir şekilde uzaklaştırılmasında yeni bir ilerleme kaydetmiştir. Araştırma sonuçları, 31 Ocak'ta Nature dergisinde çevrimiçi olarak yayınlanan, H2'de CO'nun tercihli oksidasyonu için Pt üzerine sabitlenmiş Atomik olarak dağılmış demir hidroksit olarak adlandırıldı.
Bu çalışmada Lu Junling araştırma grubu, ALD teknolojisindeki yüzey kendi kendini sınırlayan reaksiyondan ve asil metallerin yüzeyinde ve moleküller arası sterik etkilere ferrosen metal kaynak ayrışması ve adsorpsiyon özelliklerinden tam olarak yararlandı ve Pt metal nanopartikülleri SiO2 üzerine başarıyla yükledi. Parçacıkların yüzeyinde, tek noktalı bir Fe1 (OH) x türü atomik seviyede hassas bir şekilde inşa edilir ve bu da zengin, ultra yüksek aktivite ve yüksek stabilite Fe1 (OH) x-Pt birim nokta arayüz katalitik aktif merkez oluşumunu destekler. PROX reaksiyonunda, araştırmacılar yeni katalizörü ilk kez ~ -75 ° C ile 110 ° C arasındaki ultra geniş sıcaklık aralığında% 100 seçici CO tam giderimini başarılı bir şekilde elde etmek için kullandılar (Şekil 2a, b) ki bu büyük bir atılımdır. Nispeten yüksek çalışma sıcaklığına ve dar aralığa sahip mevcut PROX katalizörlerinin iki ana sınırlaması, soğuk koşullarda sık soğuk çalıştırma ve sürekli çalışma sırasında CO zehirlenmesini önlemek için hidrojen yakıt hücreleri için kapsamlı ve etkili bir koruma yöntemi sağlar. Gelecekte hidrojen yakıt hücreli araçların tanıtımı büyük bir engeli ortadan kaldırdı. Daha övgüye değer olan şey, katalizörün hem CO2 hem de su buharı (Şekil 2c) ve özel kütle katalitik aktivitesi (5,21 molCO h-1 gPt-1) varlığında hala mükemmel stabilite gösterebilmesidir. ) Geleneksel Pt / Fe2O3 katalizörünün 30 katıdır (Şekil 2d).
Wei Shiqiang'ın grubu, PROX reaksiyon atmosferindeki Fe1 (OH) x türlerinin yapısının Fe1 (OH) 3 olduğunu deneysel olarak tespit etmek için yerinde X-ışını absorpsiyon spektroskopisini (XAFS) kullandı. Pt nanopartiküllerinin yüzeyindeki Fe atomları ve Pt atomları Fe- Pt'nin belirgin bir Fe-Fe bağı yoktur ve şaşırtıcı bir şekilde bu türün ultra yüksek indirgeme özelliklerine sahip olduğu bulunmuştur.Oda sıcaklığında Fe1 (OH) 2 üretmek için hidrojen ile indirgenebilir, bu da yüksek katalitik aktivitesinin doğal nedenini ortaya çıkarır. Wang Bingin araştırma grubu, FeOx ALD'nin Pt tek kristallerinin yüzeyindeki büyüme davranışını incelemek için taramalı tünelleme elektron mikroskobu (STM) kullandı ve alt nano boyutlu FeOx türlerinin oluşumunu gözlemledi, bu da Pt yüzeyinde monodispers Fe türlerinin oluşma olasılığını doğrudan kanıtladı. Seks. Aynı zamanda, atmosfer basıncına yakın X-ışını fotoelektron spektroskopisi (NAP-XPS) deneyi ayrıca PROX reaksiyon atmosferi altında Fe ile bağlanan oksijen türlerinin hidroksil türleri olduğunu doğruladı.
Yang Jinlong'un grubunun teorik hesaplamaları, Pt yüzeyindeki Fe1 (OH) 3'ün uzaysal konfigürasyonunu belirledi ve Pt parçacıklarının yüzeyinde oluşan Fe1 (OH) x-Pt birim nokta arayüzünün katalitik aktif merkez olduğunu ve katalitik reaksiyonunu ortaya çıkardı. Mekanizma: Adsorbe edilmiş CO, önce OH'lardan birine saldırarak COOH'nin yüzeyinde bir ara tür oluşturur; bundan sonra, O2 arayüzde çok düşük bir bariyerle etkinleştirilir; oluşan atom O, sonunda CO2 üretmek için COOH'ye saldırır.
Hepimizin bildiği gibi, metal oksit arayüzü birçok katalitik reaksiyonda hayati bir rol oynar. Bu çalışma, insanlara oldukça aktif metal katalizörleri tasarlamaları için yeni bir fikir sunuyor.
Bu araştırma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı, Ulusal Temel Bilim Merkezi Projesi, Merkez Organizasyon Departmanının "Bin Genç Yetenek" Programı, İsveç Araştırma Derneği ve Knut ve Alice Bu Wallenberg Vakfı tarafından desteklenmiştir. Pekin Senkrotron Radyasyonu, Şangay Senkrotron Radyasyonu, Hefei Ulusal Senkrotron Radyasyon Merkezi ve İsveç Max-laboratuvarı gibi ulusal laboratuvarlar bu araştırma için destek sağladı.
Şekil 1. Fe1 (OH) x-Pt birim nokta arayüzü yeni katalizör yapısı modeli şematik diyagramı. Burada mavi, sarı, kırmızı ve beyaz toplar sırasıyla platin, demir, oksijen ve hidrojen atomlarını temsil eder.
Şekil 2. ALD yöntemi ile hazırlanan 1cFe-Pt / SiO2, 2cFe-Pt / SiO2, 3cFe-Pt / SiO2 birim-site arayüz katalizörünün PROX reaksiyonunda geleneksel Pt / SiO2, Pt / Fe2O3 katalizörünün katalitik performansının karşılaştırılması. (A) CO dönüşüm oranı; (b) CO seçiciliği; reaksiyon koşulları:% 1 CO,% 0,5 O2 ve% 48 H2, denge gazı helyum, boşluk hızı 36000 ml g-1h-1, basınç 0,1 MPa . (C) 1cFe-Pt / SiO2 katalizörünün uzun vadeli stabilite testi. Reaksiyon koşulları:% 1 CO,% 0,5 O2,% 48 H2,% 20 CO2 ve% 3 H2O, denge gazı helyum, uzay hızı 36000 ml g-1 saat-1; basınç 0,1 Mpa, reaksiyon sıcaklığı 353K . (D) Katalizöre özgü kütle aktivitesinin karşılaştırılması.
Kaynak: Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
