安全空间使用保护性碳壳改善清洁甲醇燃料电池

由于使用化石燃料引起的环境问题，全世界许多科学家都致力于寻找有效的替代品。尽管人们对氢燃料电池寄予了很高的期望，但事实是，运输，储存和使用纯氢要付出巨大的代价，这对目前的技术提出了挑战。相反，甲醇(CH 3 O 3)是一种醇，不需要冷藏，具有较高的能量密度，并且运输更容易，更安全。因此，向基于甲醇的经济过渡是一个更现实的目标。

但是，在室温下由甲醇发电需要直接甲醇燃料电池(DMFC)，该设备目前具有出色的性能。DMFC中的主要问题之一是不希望的甲醇氧化反应，它发生在甲醇交换过程中，即当它从阳极传递到阴极时。该反应导致铂(Pt)催化剂的降解，这对于电池的运行至关重要。尽管已经提出了减轻该问题的某些策略，但是到目前为止，由于成本或稳定性问题，还没有一个很好的方法。

在ACS Applied Materials&Interfaces上发表的最新研究中，韩国的一个科学家团队报告了一种创新而有效的解决方案。他们通过相对简单的程序制造了一种由Pt纳米颗粒封装在碳壳中制成的催化剂。该壳形成几乎不可渗透的碳网络，并具有由氮缺陷引起的小开口。尽管氧气是DMFC中的主要反应物之一，可以通过这些“孔”到达Pt催化剂，但甲醇分子太大而无法通过。韩国仁川国立大学的吴重权教授解释说：“碳壳充当分子筛，并提供对所需反应物的选择性，而反应物实际上可以到达催化剂位点。这可以防止Pt核发生不良反应。”

科学家进行了实验，以表征所制备催化剂的整体结构和组成，并证明氧气可以使其通过碳壳，而甲醇则不能。他们还发现了一种简单的方法，可以通过在热处理步骤中简单地改变温度来调节外壳中的缺陷数量。在随后的实验比较中，他们的新型带壳催化剂优于市售的Pt催化剂，并且还提供了更高的稳定性。

权教授在过去的十年中一直致力于改进燃料电池催化剂，这是受该技术可以应用于我们日常生活的多种方式的启发。他说：“ DMFC比锂离子电池具有更高的能量密度，因此可以成为便携式设备(例如笔记本电脑和智能手机)的替代电源。”

随着地球的未来发展，转向替代燃料应该是人类的首要目标之一，这项研究是朝着正确方向迈出的重要一步。