Этот вопрос, относящийся к инженерным наукам и экономике, изучается группой под руководством Юшан Янь, заслуженного профессора инженерных наук.Водородные топливные элементы могут быть лучшим вариантом для питания автомобилей с нулевым уровнем выбросов: Toyota только что представила автомобиль с водородным двигателем в Японии и сделает их доступными в США в 2015 году.Но этим топливным элементам требуется электрокатализатор — платиновая поверхность — для увеличения скорости реакции, а стоимость драгоценного металла затрудняет экономическую конкуренцию водородным топливным элементам с двигателем внутреннего сгорания.
Группа Яна работает над новым типом топливных элементов с использованием щелочных полимеров, в которых можно использовать ряд катализаторов из неблагородных металлов, таких как никель, который в тысячу раз дешевле платины.Но использование щелочных полимеров приводит к высокому pH, и исследователи обнаружили, что реакция в этой среде идет примерно в 100 раз медленнее, чем в кислоте. Чтобы создать менее дорогие электрокатализаторы, которые хорошо работают в щелочной среде, исследователи должны точно знать, как протекает реакция и каковы ее наиболее важные механизмы.
Статья исследовательской группы Яна, опубликованная в выпуске мультидисциплинарного журнала Nature Communications от 8 января, помогает выявить основные механизмы реакции топливных элементов на платину, что поможет исследователям создать альтернативные электрокатализаторы.После обширных испытаний команда обнаружила, что энергия связи водорода (количество энергии, выделяющейся, когда молекула водорода прилипает к поверхности металла) была наиболее важным фактором, предсказывающим скорость реакции — информацией, необходимой исследователям, разрабатывающим новые каталитические материалы.
Авторы статьи — недавние постдокторанты лаборатории Вэньчао Шэн и Минжуй Гао; нынешний постдокторант Чжунбинь Чжуан и нынешний докторант Цзе Чжэн, а также Ян и Цзингуан Чен из Колумбийского университета.