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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，利用半導體制造技術可以大大提高氫燃料電池催化劑的性能。韓國科學技術研究院（KIST，院長Seok Jin yoon）宣布，由氫燃料電池研究中心Sung Jong yoo博士領導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)有的化學反應。濺鍍是一種半導體制造過程中使用的金屬薄膜沉積技術。
氫燃料電池通過氫氧轉(zhuǎn)化為水的化學反應過程產(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注。金屬納米粒子主要是通過復雜的化學反應制備的，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)有化學合成的缺點，從而建立氫能體系。
由于具有較好的光學、催化等效應，金屬納米顆粒在生物、催化等領域受到廣泛關注。
KIST研究小組采用的濺鍍工藝是在半導體制造過程中覆蓋金屬薄膜的技術。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反應。因此，用這種簡單的方法合成金屬納米顆?？朔爽F(xiàn)有化學合成法的局限性。
由于現(xiàn)有的化學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，如果該技術同時應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合成了鉑鈷釩合金納米催化劑，并應用于氫燃料電池電極中的氧還原反應。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，可以應用于關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品。”他補充說：“我們將致力于建立一個完整的氫經(jīng)濟體系，并應用新的結(jié)構(gòu)合金納米顆粒來開發(fā)碳中和技術，以發(fā)展包括氫燃料電池在內(nèi)的環(huán)保能源技術。”
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