Открытие, описанное в Nature’s Scientific Reports (опубликовано в Интернете на шаге 23, 2013 г.), представляет собой важный шаг на пути к преодолению самого большого препятствия на пути широкой коммерциализации технологии топливных элементов.Топливные элементы имеют различные преимущества по сравнению с двигателями внутреннего сгорания или батареями из-за их высокой эффективности преобразования энергии и экологически безопасных и бесшумных условий работы.
Однако высокая стоимость и нестабильность платиновых катализаторов реакции восстановления кислорода на катоде серьезно препятствуют широкому применению топливных элементов с полимерным электролитом.Исследовательская группа UNIST сообщила о новом семействе катализаторов из неблагородных металлов на основе упорядоченных мезопористых * порфириновых углеродов (M-OMPC) с большой площадью поверхности и регулируемой структурой пор.«Наша синтетическая стратегия для катализаторов из неблагородных металлов включает множество преимуществ, которые могут быть полезны для приложений PEFC», — сказал профессор Джу. «Во-первых, наш синтетический метод подходит для простых и мягких экспериментальных условий.
Во-вторых, синтез катализаторов M-OMPC можно легко масштабировать до нескольких десятков граммов за одну партию. В-третьих, хорошо разработанные иерархические микро- мезопористость была бы выгодна для эффективного транспорта топлива и побочных продуктов.
Наконец, катализаторы M-OMPC показали очень большую площадь поверхности, которая могла бы значительно увеличить плотность каталитически активных центров, доступных для реагентов ».Исследованием руководил Сан Хун Джу, профессор Школы нанобиологии и химической инженерии южнокорейского UNIST.
Соавторы включают: Джэ Ён Чхон из UNIST; Гу-Гон Пак из Корейского института энергетических исследований (KIER); Радослав Р. Адзич из химического отдела Брукхевенской национальной лаборатории.Материалы, разработанные исследовательской группой UNIST, были приготовлены путем нанолитья заказанных шаблонов из мезопористого диоксида кремния (OMS) с предшественниками металлопорфиринов. Кроме того, они были построены с трехмерной сеткой порфириновых углеродных каркасов.
Лучший катализатор M-OMPC показал чрезвычайно высокую электрокаталитическую активность по отношению к ORR в кислой среде. Его активность ORR — одна из лучших среди катализаторов из неблагородных металлов, когда-либо существовавших, и даже выше, чем у современных платиновых катализаторов.
Кроме того, FeCo-OMPC продемонстрировал превосходную долговечность и устойчивость к метанолу в ORR по сравнению с катализатором Pt.Исследовательская группа объяснила высокую ORR-активность FeCo-OMPC его относительно слабым взаимодействием с кислородом, а также конструкцией катализатора с большой площадью поверхности.
«В настоящее время мир стремится искать другой источник энергии для увеличения спроса на энергию и защиты окружающей среды», — сказал профессор Джу. «Новый материал, разработанный исследовательской группой UNIST, станет решением для коммерциализации экологически чистых и экономичных топливных элементов».* порфирин: любой из класса гетероциклических соединений, содержащих четыре пиррольных кольца, расположенных в квадрате.