位置:主页 > 中国西藏 >
维也纳大学发现新型催化机制 或将提高电化学应用效率
发布日期:2020-10-08 20:24   来源:未知   阅读:

盖世汽车讯无论是燃料电池、电解还是化学储能,都通过电流控制化学反应,因此电化学的作用越来越重要。对这些应用来说,决定性因素在于提高反应速度和效率。

据外媒报道,维也纳技术大学(TUWien)和德国电子同步加速器(DESY)的研究人员发现,由镧、锶、铁和氧气制成的特殊材料,可以在两种不同状态之间来回切换。在一种状态下,该材料具有极高的催化活性,而在另一种状态下,催化活性较低。据DESY实验证明,造成这一现象的原因是,材料表面上微小铁纳米颗粒的行为。这一发现将有助于开发更好的催化剂。

电压引起氧离子迁移

化学技术与分析研究所的AlexanderOpitz教授表示:"多年来,我们一直在使用钙钛矿进行电化学实验。钙钛矿是非常多样化的材料,其中一些是出色的催化剂。钙钛矿表面物质可以帮助某些反应物相互接触,或再次分离。最重要的是,钙钛矿具有氧离子可渗透的优势,可以传导电流,我们正在利用这一优势。"

当对钙钛矿施加电压时,氧离子会从晶体中释放出来,并开始通过材料迁移。如果电压超过某个值,也会导致钙钛矿中的铁原子迁移。它们移动到表面,并在那里形成直径仅几纳米的微小颗粒。从本质上说,这些纳米颗粒是优异的催化剂。

AlexanderOpitz称:"有趣的是,如果使电压逆转,催化活性会再次降低。到目前为止,其中原因尚不明了。有人怀疑铁原子只会迁移回晶体中,但事实并非如此。当这种效应发生时,铁原子根本不必离开它们在材料表面的位置。"

DESY利用X射线进行分析

TUWien与DESY的团队合作,在化学过程发生时,用X射线精确分析纳米颗粒的结构。结果表明,纳米颗粒在两种不同状态之间来回变化,取决于所施加的电压。AlexanderOpitz指出:"我们可以使铁粒子在金属状态和氧化状态之间切换。所施加的电压决定材料中的氧离子是被泵向铁纳米颗粒,还是远离它们,因此可以控制纳米颗粒中含氧量。根据氧含量,纳米颗粒可以形成两种不同的结构,一种是富氧结构,具有较低的催化活性,另一种是贫氧结构,即金属结构,催化活性非常高。"

"对我们来说,这是非常重要的发现,"AlexanderOpitz说,"如果两种状态之间的转换,是由铁原子纳米颗粒扩散回晶体引起的,那就需要非常高的温度来有效运行这一过程。既然我们已经知道活性变化与铁原子扩散无关,而是与两种不同晶体结构之间的变化有关,那么相对较低的温度就足够了。这类催化剂更加有趣,或将用于促进技术上的相关反应。"

从氢到储能

这种催化机制目前还有待进一步研究,对于成分略有不同的材料也是如此,或将提高诸多应用的效率。AlexanderOpitz说:"对于在能源领域至关重要的化学反应来说,这很有意义。例如,生产氢气或合成气,或通过电流生产储能燃料。"

Power by DedeCms