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第十五期:燃烧氢气排放水,这种新能源车被称为“终极奥义”!

时间:2021-06-04        来源:

燃油车的诞生,带给人们快捷和方便的同时,也带来了尾气和污染。


燃油车的尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等气体以及固体颗粒物,不仅对人体产生伤害,同时油料燃烧后产生的二氧化碳还会加剧温室效应。


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基于此,新能源汽车代替传统燃油车成为热点与重点。然而很多人提起新能源汽车,想到的都是锂离子电车,对氢燃料汽车却知之甚少。


01“氢”燃料零排放,为何难推广?


氢燃料汽车,指的是以氢为主要能量作为移动的汽车。一般的内燃机,通常注入柴油或汽油,氢燃料汽车则改为使用气体氢。氢燃料电池与电动机会取代内燃机引擎,把氢输入燃料电池中,转化为电能,最终以水为产物排出,是替代化石燃料的理想选择。


相比于传统燃油车,氢能源汽车具有零污染、可再生、加氢快、续航足等优点;除开这些优势,氢燃料电池技术也在理论上完爆石油与锂电池。因而很多人把被零排放的氢燃料汽车,誉为能源的“终极形式”。


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可是,推广氢能源汽车却并非易事,其中一个难点就是氢气从何而来的问题。


传统的氢气获得是通过催化裂解,将化石燃料转化为氢气,这种生产路线依然摆脱不了对不可再生资源的依赖。要想获得真正“绿色”的氢气,最具前景的方法是通过高效的催化剂利用电能将水分解生产氢气。这个过程中,高效的产氢催化剂十分重要,目前铂(Pt)的高性能和稳定性,让它成为析氢反应(HER)无可替代的催化剂。


然而,铂元素非常稀缺!不仅地壳中储量极低,而且制备成本高,一克铂金属的价格,都高达数百元,这也使得氢气的绿色生产成为难题。


02 如何提高铂的催化效率?黑磷的引入给出思路


在化学实验中,如果金属催化剂的催化效率低,常常会引入异质元素来进行协同配体或应变效应,以此来改变金属催化剂的电子、化学性质,从而实现高效催化。


但是,铂的化学性质和结构有着极高的稳定性,想要让铂变得“活跃”,对制备环境要求很苛刻:需要高温、物理溅射或者蒸镀。因此,铂催化的高成本、高难度,让很多工业化制备企业望而生畏。


到底应该如何提高铂的催化效率呢?先进院喻学锋研究员及研究团队给出了答案:黑磷铂碳催化剂!


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原来,相比于传统的商业铂碳催化剂而言,黑磷铂碳催化剂具有更优的铂金属电子结构,在电化学产氢反应中,具有更优的铂金属客体吸附能力,让铂催化剂的电化学析氢性能提升3-5倍,真正实现了事半功倍!


并且,黑磷铂碳系列催化剂中的铂金属具有多种可调的电子结构,其d带中心也在范围内变化,从而针对不同反应实现化学反应中间体的吸附自由能优化,使得铂电化学性能大幅提升。


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未来的某一天,汽车尾气将不再是废气,而是干净无污染的水;天空将不再灰暗,而是恢复纯净的蓝;生态转型不再是困扰人类的难题!


而这,正是科研的意义!



编辑:吴金娥  

科研指导:白力诚 


人物简介 白力诚:


白力诚,中国科学院深圳先进技术研究院副研究员,深圳高层次人才。专注于高性能金属催化剂的设计与工业应用,在国际权威期刊上发表多篇论文,其中尺寸效应、金属电子结构调节方面取得具有国际影响力的进展。申请专利15项,并有1项实现产业化成果转化。所设计的催化剂投入医药中间体实产2项。参与工作以来,主持课题共7项,获批经费447万元,其中包括国家自然科学基金青年项目、中国博士后特别资助、深圳市技术攻关与自由探索等项目。



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