摘要

UCR研究人員利用靜電紡絲技術，制造出含有金屬離子（鈷、鐵或鎳）的碳納米纖維紙薄片。在加熱時，離子形成超細金屬納米顆粒，其催化碳轉(zhuǎn)化為高性能石墨碳。

美國加州大學河濱分校(UCR)研發(fā)團隊研發(fā)出一種經(jīng)濟、高效的聚合物電解質(zhì)膜(Polymer Electrolyte Membrane，PEM)燃料電池催化劑材料，該燃料電池將氫化學能轉(zhuǎn)化為電能，是汽車和電子產(chǎn)品中最有前途的燃料電池類型之一。

最常見燃料電池的關鍵部件是由貴金屬鉑制成的催化劑,因此其昂貴的生產(chǎn)成本限制了燃料電池的大規(guī)模使用。UCR開發(fā)的催化劑由嵌入化合物的多孔碳納米纖維制成，所述化合物包含相對豐富的金屬，比如鈷，其成本比鉑少100倍以上。

目前，燃料電池已被一些汽車制造商采用，并提供了優(yōu)于傳統(tǒng)燃料技術的優(yōu)勢，包括效率高、噪音低和排放量低等，氫燃料電池排放物是水。在氫燃料電池中，當氫燃料被注入電池陽極時，催化劑將氫分子分離成被稱為質(zhì)子的正電荷粒子和帶負電粒子。電子在重新加入帶正電的氫離子和氧形成水之前被引導通過外部電路，并在此進行有用的工作，例如給電動機供電。

此外，UCR研究人員利用靜電紡絲(electrospinning)技術，制造出含有金屬離子(鈷、鐵或鎳)的碳納米纖維紙薄片。在加熱時，離子形成超細金屬納米顆粒，其催化碳轉(zhuǎn)化為高性能石墨碳。隨后，金屬納米顆粒和殘余的非石墨碳被氧化，導致高度多孔且有用的金屬氧化物納米顆粒網(wǎng)絡分散在石墨的多孔網(wǎng)絡中。

這項研究由美國加州大學河濱分校伯恩斯工程學院教授DavidKisailus領導。同時，Kisailus和其團隊正在與斯坦福大學的科學家合作，以確認新材料的性能與行業(yè)標準鉑-碳體系一樣好，且其成本相對較低。

Kisailus表示，該納米復合催化材料的另一優(yōu)勢在于其石墨纖維材質(zhì)，提供了額外的強度和耐久性，使其既能用作燃料電池催化劑，又能夠用作結(jié)構(gòu)部件。制造高性能車輛的一項重要挑戰(zhàn)是在不影響安全或性能的情況下，減輕車身重量及電池或燃料電池的額外重量。我們制造的材料將化學和纖維加工條件相結(jié)合，可能使汽車制造商能夠?qū)l(fā)動機罩或底盤等結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)化為有助于為車輛提供動力的功能元件。