一個(gè)長(zhǎng)期關(guān)于燃料電池催化劑的爭(zhēng)論最近被筑波大學(xué)應(yīng)用科學(xué)的研究人員解決了。

在燃料電池的操作中，一個(gè)關(guān)鍵的步驟是氧化還原反應(yīng)，但是這個(gè)反應(yīng)依靠著昂貴的金屬催化劑。碳基礎(chǔ)催化劑和氮添催化劑是潛在的替代者，并且可以讓燃料電池科技有著更廣闊的應(yīng)用。直到最近，安排的碳和氮催化效應(yīng)仍然是一個(gè)謎,這一直阻礙更有效材料的發(fā)展。

在最近發(fā)表的文章當(dāng)中，來自筑波大學(xué)的研究組確認(rèn)了催化劑的結(jié)構(gòu)，并且提出了一個(gè)機(jī)理來解釋催化劑是如何工作的。

“我們清楚氮摻雜碳是一種很好的氧化還原催化劑，但是沒有人能確定氮的來源是吡啶型還是石墨型。”文章的通訊作者Junji Nakamura教授說到。

為了揭開這個(gè)謎底，這個(gè)研究組構(gòu)建了四種催化物質(zhì)的模型。這些模型依據(jù)催化劑潛在的樣式進(jìn)行構(gòu)建。隨后，這個(gè)組檢驗(yàn)了它們?cè)诜磻?yīng)中的表現(xiàn)。吡啶型氮，或者稱之為連接在兩個(gè)碳原子上的氮，主要存在于材料邊緣。通過構(gòu)建能改變邊緣數(shù)量的基底，這個(gè)研究組能控制吡啶型氮的存在，并且能夠測(cè)量受此影響的催化劑在反應(yīng)中的表現(xiàn)。這些結(jié)果顯示吡啶型氮與活性催化位置有關(guān)。

這個(gè)組提出催化機(jī)理的不同步驟，在確認(rèn)連接在氮兩端的碳是反應(yīng)中心，而不是氮原子本身之后。

“確認(rèn)反應(yīng)中心和機(jī)理是一個(gè)重要的進(jìn)步，這也會(huì)優(yōu)化我們的研究，進(jìn)而關(guān)注于增強(qiáng)催化劑的表現(xiàn)。”Junji Nakamura教授說到。

繪制氮摻雜的石墨去制造更多邊緣能增加吡啶型氮的存在。連接在氮原子旁邊的碳原子作為氧化還原的反應(yīng)中心，這是燃料電池科技的關(guān)鍵過程。