Wissenschaftler der Rice University in den Vereinigten Staaten untersuchen Möglichkeiten, die Kosteneffizienz von Brennstoffzellen zu verbessern, indem sie Kathoden-Nanomaterialien optimieren und den atomaren Mechanismus der katalytischen Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) von dotierten Nanomaterialien erklären. Carbon Nanotubes (CNTs) oder modifizierte Graphen-Nanobänder können eine wertvolle Alternative zu Platin für die schnelle Sauerstoffreduktion sein, indem sie chemische Energie in elektrische Energie umwandeln, ein Prozess, der die Hauptreaktion von Brennstoffzellen ist.
Um die beste Leistung der Sauerstoffreduktionsreaktion zu erhalten, sind die verschiedenen Kohlenstoffmaterialien, die durch verschiedene Dotierungsverfahren erhalten werden, in der Figur gezeigt: Grau ist Kohlenstoff, Rosa ist Bor, Blau ist Stickstoff und Weiß ist Wasserstoff.
Aufgrund ihrer guten Leitfähigkeit und mechanischer Eigenschaften und damit hoher Leistung, ist gutes Design der Schlüssel zu dem Kohlenstoffmaterial als Reaktion Sauerstoffreduktion in Xiaolong Zou Forscher Materialien heute wie erwähnt: "Entwicklung Sauerstoffreduktion Anwendung von großem hohen Wirkungsgrad Katalysator für die Reaktion der Membran-Brennstoffzelle mit Protonenaustausch ist kritisch ‚entsprechend Journal of Nanoskalige‘ Zou et al Nanoskalige (2017) DOI: ... 10.1039 / C7NR08061A ‚gefunden, dass durch Verwendung einer Computersimulation, Arge Verwendung Studie darüber, warum Graphen-Nanobänder und Stickstoff / Bor-dotierte Kohlenstoffnanoröhrchen Reaktion zu langsam ist, und die Frage, wie zu verbessern.
Leitfähige Nanotubes oder dotierte Nanobänder verändern die Eigenschaften ihrer chemischen Bindungen, was ihnen hilft, als Kathoden in Protonenaustauschmembran - Brennstoffzellen zu dienen.In einer Standard - Brennstoffzelle wird die Anode mit Wasserstoff betrieben und dann in Protonen und Wasserstoff getrennt Elektronen: Wenn die negativen Elektronen in einen nutzbaren Strom fließen, werden Protonen in die Kathode gezogen und verbinden sich mit Elektronen und Sauerstoff zu Wasser.
Es hat sich gezeigt, dass stickstoffdotierte ultradünne Kohlenstoff-Nanoröhren aufgrund der Wechselwirkung zwischen Dotierstoffen und der Deformation von chemischen Bindungen am effektivsten wirken können, da Nanotubes aufgrund ihrer Krümmung, die verzerrt ist, besser als Nanobänder sind. Die Kanten der chemischen Bindungen machen sie leichter kombinierbar: Sie haben herausgefunden, dass ultradünne Nanoröhren mit einem Radius zwischen 7 und 10 Angström am besten sind.
Die Entwicklung effizienter Katalysatoren für die kathodische Sauerstoffreduktion ist entscheidend für den großtechnischen Einsatz von Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen - Xiaolong Zou
Es wurde auch gezeigt, dass Graphen-Nanobänder mit reichlich Kanten, dotiertem Stickstoff und Bor eine vergleichbare Leistung wie sauerstoffabsorbierende Nanoröhren aufweisen, wobei Sauerstoff die Möglichkeit bietet, Doppelbindungen zu bilden, weil sie direkt positiv geladen sein können Boron Yakobson sagte: "Obwohl dotierte Nanoröhren gute Aussichten zeigen, kann die Substitution von Stickstoff an der Kante der Nanobänder den sogenannten Pyridin-Stickstoff freisetzen, der eine bekannte katalytische Aktivität hat und daher Kann die beste Leistung erzielen.
Jetzt hofft das Team, neue Wege zu entwickeln, elektrochemische Prozesse im Nanobereich in Echtzeit zu studieren und Wechselwirkungen zwischen Dotierstoffen und defekten Kohlenstoffmaterialien besser zu verbessern, um die Leistung zu verbessern.
