“用于乙醇燃料电池的新型核壳催化剂”

美国能源部( doe )布鲁克海文国立研究所和阿肯色州大学的科学家们开发了高效的催化剂，用于从由可再生资源生成的易储存的液体燃料乙醇中提取电能。 美国化学学会杂志上刊登的这种催化剂将乙醇的电解氧化控制在理想的化学路径上，释放出液体燃料的所有储存能的潜力。

这种催化剂可以改变游戏规则，使乙醇燃料电池成为有前途的高能量密度的离网电源。 负责这项工作的布鲁克海文实验室化学家贾望说。 特别有前途的应用有液体燃料电池驱动的无人机。

乙醇燃料电池比电池重量轻。 wang说，它们提供足够的动力，利用液体燃料操作无人机，在偏远地区也可以轻松补充。

大部分乙醇的潜能被困在形成分子骨架的碳-碳键中。 根据王氏集团开发的催化剂，在正确的时期打破这些债券是解锁储能的关键。

国王说，乙醇的电氧化每分子产生12个电子。 但是，通过遵循多条不同的路径，反应会有所发展。

这些途径大多会引起不完全氧化。 催化剂完全保持碳-碳键，释放出更少的电子。 它们还会在这个过程的早期剥离氢原子，将碳原子暴露在一氧化碳的形成中，使催化剂随时间作用的能力中毒。

乙醇的12电子全氧化在工艺开始时需要切断碳-碳键，但氢原子依然附着。 国王说，这是因为氢可以保护碳，防止一氧化碳的形成。 之后，为了完成这个过程，需要多个脱氢和氧化工序。

这种新的催化剂结合了布鲁克海文科学家对一系列催化反应的独特核壳结构中的活性元素的探索，加速了所有这些步骤。

为了制造催化剂，阿肯色州大学的jingyi chen在该项目的一部分期间担任布鲁克海文的访问科学家，开发了将铂和铱共蒸镀到金纳米粒子上的合成方法。 铂和铱在金纳米粒子的表面形成单原子岛。 陈氏指出，这种配置是催化剂优异性能的重要因素。

她说，金纳米粒子的核在铂-铱单原子岛引起拉伸应变，提高了这些元素切断碳-碳键的能力，从而剥离了氢原子。

石溪大学的研究生和这篇论文的第一作者知秀梁在王的实验室进行了研究，调查了催化剂是如何实现创纪录的高能转换效率的。 他用原位红外反射-吸收光谱鉴定了反应中间体和产物，比较了新催化剂产生的物质和金-核/铂-壳催化剂和铂-铱合金催化剂的反应。

通过测量红外光在反应不同步骤吸收时产生的光谱，可以逐步跟踪形成的各物种和各产品的含量。 光谱表明新的催化剂将乙醇引入12-电子全氧化途径，释放出燃料储存能量的全部潜力。

wang指出，下一步是设计使用新催化剂的设备。

本研究揭示的机器细节也可能有助于指导未来多组分催化剂在其他应用中的合理设计。

除了这里说明的细节之外，科学家还使用国家同步加速器光源ii(NSLS-ii )的内部壳光谱) iss )束线(美国能源部科学客户设施办公室)，表达了各元素的相对数量。 催化剂样品中。 这篇论文的另一个结合者是brian song和brookhaven lab化学部的radoslav r. adzic，实验室凝聚态物理和材料科学部的shiqing deng和yimei zhu，nsls-ii的eli stavitski。

这项事业由美国能源部科学办公室和国家科学基金资助。

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