王超，約翰霍普金斯大學化學與生物分子工程助理教授，在他的實驗室里。左邊是博士后王磊，相關(guān)研究文章的第一作者。攝影：威爾柯克/約翰霍普金斯大學。
約翰霍普金斯大學的一項新研究發(fā)現(xiàn)，一種增加超薄納米片（幾個原子厚度）的反應(yīng)性的新方法，有朝一日可以使氫燃料汽車的燃料電池更便宜。
這份研究結(jié)果的報告于2月22日發(fā)表在“ 科學”雜志上，該報告 提供了使用燃料電池更快，更便宜地生產(chǎn)電力的承諾，以及散裝化學品和氫氣等材料。
“由于材料在原子水平上的晶體對稱性的破壞，每種材料都會經(jīng)歷表面應(yīng)變。我們發(fā)現(xiàn)了一種使這些晶體超薄的方法，從而減少了原子之間的距離，提高了材料的反應(yīng)性，“ 約翰霍普金斯大學化學與生物分子工程助理教授王超和該研究的相應(yīng)作者之一說。
簡言之，應(yīng)變是任何材料的變形。例如，當一張紙彎曲時，將紙張保持在一起的復雜格子響應(yīng)于所施加的力而改變。
王超，約翰霍普金斯大學化學與生物分子工程助理教授，在他的實驗室里。左邊是博士后王磊，相關(guān)研究文章的第一作者。攝影：威爾柯克/約翰霍普金斯大學。
在這項研究中，Wang及其同事操縱了應(yīng)變效應(yīng)或原子之間的距離，導致材料發(fā)生顯著變化。通過使這些格子非常薄，比人發(fā)的一條細線大一百萬倍，材料變得更容易操作，就像一張紙比一堆厚紙更容易彎曲一樣。
“我們基本上使用力來調(diào)整構(gòu)成電催化劑的薄金屬板的性質(zhì)，這是電池燃料電極的一部分，” 普渡大學化學工程教授 ，該論文的另一位作者杰弗里格里利說。“最終目標是在各種金屬上測試這種方法。”
“通過調(diào)整材料的薄度，我們能夠產(chǎn)生更多的應(yīng)變，這會改變材料的性質(zhì)，包括分子如何結(jié)合在一起。這意味著您可以更自由地加速材料表面的反應(yīng)，“Wang解釋道。
優(yōu)化反應(yīng)如何在應(yīng)用中有用的一個例子是增加用于燃料電池汽車的催化劑的活性。雖然燃料電池代表了一種有前途的無排放電動汽車技術(shù)，但挑戰(zhàn)在于與貴金屬催化劑（如鉑和鈀）相關(guān)的費用，限制了其對絕大多數(shù)消費者的生存能力。用于燃料電池的更活躍的催化劑可降低成本并為廣泛采用綠色可再生能源掃清道路。
Wang及其同事估計，他們的新方法可以將催化劑活性提高10到20倍，使用比現(xiàn)有燃料電池所需的貴金屬少90％。
“我們希望我們的研究結(jié)果有朝一日可以幫助生產(chǎn)更便宜，更高效的燃料電池，從而使每個人都能更方便地使用環(huán)保型汽車，”王說。
其他研究作者包括約翰霍普金斯大學的王磊，David Raciti，Michael Giroux; 普渡大學的振華和特里斯坦馬克森; 加州大學歐文分校的高文培和潘曉青。
該研究由科學辦公室，基礎(chǔ)能源科學辦公室，化學，生物和地球科學部（DE-SC0010379），能源效率和可再生能源部（DE-EE0007270），納米材料中心資助。 （E-AC02-06CH11357），國家科學基金會（CBET-1437219，CBET 1159240，DMR-1420620，DMR-1506535）和約翰霍普金斯大學催化劑獎。
