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近期根据美国斯坦福大学科学家的一项新研究表明，纳米级挤压可显著提高铂催化剂性能，使其在燃料电池中产生更多能量。
该团队将铂催化剂黏合到薄材料上，薄材料随着电子的进出而膨胀收缩。通过观察，该团队发现将铂催化剂进行纳米级挤压几乎可以将其催化活性提高其催化活性两倍。该研究结果已经发表在11月25日的《科学》科学杂志上发表。
论文主要作者王浩天（Haotian Wang）说：“在这项研究中我们发现普通电池材料可能会限制铂以及其他金属催化剂的活性。因此我们提出了一种在原子尺度微调金属催化剂的新方法。这种新技术可以广泛应用到各种清洁能源技术上，包括使用铂催化剂产生能量的燃料电池和可以将水分解为氧气和氢气燃料的铂电解剂。”
斯坦福大学材料科学与工程系兼SLAC国家加速器实验室光子科学教授崔毅（Yi Cui）Yi Cui说：“我们的微调技术不仅可以使燃料电池更加节能，还可以增加燃料电池的功率输出。同时，该技术还可以提高水分解器的氢气产生效率，并增强促进其他燃料和化学物质的生成。”
电子结构

文章插图
催化剂的作用主要是使化学反应更快的同时消耗更少的能量。金属催化剂的性能主要取决于其电子结构，即如何排列围绕单个原子的电子。

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王浩天说：“催化剂的电子结构需要匹配有用的分子，以实现你想要的化学反应，你可以通过压缩原子或将它们拉开来调整催化剂的电子结构。”
斯坦福研究小组引入了一种新的方法，该方法可以将原子压缩或分离5%的距离，只有0.01纳米。
崔毅称说：“这看起来似乎没什么大不了，但它真的是很多实际上确实意义重大。我们是怎么做到的？这真的是电池研究和催化剂的密切结合。”
实验电极
该研究集中在钴酸锂材料，这种材料被广泛用做于手机和其他电子设备的电池材料。研究人员将几层钴酸锂材料堆叠在一起以形成电池状电极。
崔毅说：“使用电流除去电极上的锂离子，使其扩展0.01纳米，在放电阶段重新将锂离子放入，此时，电极收缩到其原始尺寸。因为铂金属被黏合在边缘位置，当电流增加且在放电收缩期时，铂金属会与电极其它部分一起膨胀。”
对于实验，斯坦福团队在钴酸锂材料电极上多添加了几层铂金属。
性能
王浩天说：“使铂金属层变形0.01纳米或5％对其催化性能有显着影响。我们发现压缩铂金属可以使其更加活跃，通过压缩铂金属可以使其在水中还原氧的能力提高90%，这一点可以大大提高氢燃料电池的效率。”
共同研究该项目的论文合作者、斯坦福大学化学工程教授詹斯·诺斯卡（Jens Norskov）说：“这是一个理论家的梦想实验，几年前，我们从理论上预测通过挤压催化剂可以控制其性能。现在通过实验表明，我们的理论是对的。”
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