中國粉體網(wǎng)訊  全球能源消費正以驚人的速度增長。其中三個主要原因是：經(jīng)濟的快速擴張、人口增長和世界各地對能源的愈發(fā)依賴。

    然而我們?nèi)找嬖鲩L的能源需求與傳統(tǒng)化石燃料對人類健康、能源安全和環(huán)境保護來說，是非常嚴峻的挑戰(zhàn)。據(jù)估計，到2050年全球的能源供應將翻一番，因此我們急需研發(fā)出新能源以應對這些挑戰(zhàn)。

    燃料電池通常使用的是昂貴的鉑電極，因此無機材料電極或許是一個很實惠的能量安全解決方案。這種燃料電池通過氧化反應，將燃料轉化成水來得到電能，可以提供可靠的清潔能源。

    氫氣可以作為燃料使用。首先，氫原子釋放電子得到電子和氫離子。然后電子向正極流動產(chǎn)生電流向外做功，在電子與氫離子和氧氣反應時，水是唯一的產(chǎn)物。

    這一技術具有極高的能量轉換效率，幾乎不產(chǎn)生任何污染，并且有大規(guī)模應用的可能。不過，反應中至關重要的一步，氧氣的還原反應，需要催化劑催化—通常使用的都是鉑電極。不過很可惜，由于鉑昂貴的價格及在自然中有限的儲量，使用鉑電極催化反應的電池占據(jù)不了多大的市場份額。

    使用鉑電極的燃料電池是在阿波羅計劃中被研發(fā)出來的，自其誕生以來，研究人員一直嘗試制備出鉑合金催化劑，鉑與廉價金屬的合金。盡管這種合金催化劑中的鉑含量不算高，但鉑金屬的產(chǎn)量還是滿足不了大量生產(chǎn)的需要。為了讓燃料電池成為一個可靠的大范圍的能量來源，我們需要找到一種高效率、低成本、穩(wěn)定性好的電極。

    鉑的高成本讓電極和愛的“承諾”都異常的昂貴。

    我們之前曾報道了基于氮摻雜碳納米管的低成本無機催化劑，它在燃料電池中的表現(xiàn)比鉑更好。氮原子的吸電子能力很強，能更好的催化氧氣的還原反應，提升了催化劑的催化性能。這種碳基催化劑能顯著地降低燃料電池的成本。不過可惜的是，這種催化劑在酸性環(huán)境的催化表現(xiàn)差強人意，然而大部分燃料電池的電解質(zhì)都是酸性的。

    使用介孔碳復合材料能提高表面積，碳納米管能夠增強導電性，先前的研究表明我們的納米材料催化劑的性能能跟當今最先進的催化劑相當，甚至穩(wěn)定性還略勝一籌。酸性環(huán)境下的碳基催化劑是一次成功的嘗試，能促進可靠、耐用燃料電池的產(chǎn)業(yè)化。

    除了燃料電池方面的應用，這些碳基非金屬納米催化劑也能用作低成本太陽能電池的電極，或是儲能電容器，也能應用在水分離系統(tǒng)中，在水中產(chǎn)生燃料。碳基非金屬催化劑的廣泛應用讓我們看到了燃料經(jīng)濟的良好前景，有害排放會越來越少，對鉑金屬資源的依賴也會越來越小。這些將在不久的將來深刻地影響我們的生活。