电催化剂纳米结构是改进燃料电池电解槽的关键

普渡大学科学家的模拟揭示了一种新型电催化剂的神秘面纱，它可以解决与燃料电池和电解槽相关的重大问题。

使用化学反应产生能量的燃料电池和将能量转换成氢气或其他气体的电解器使用电催化剂来促进化学反应。能够活化这种反应的电催化剂往往不稳定，因为它们会在用于燃料电池或电解槽的高酸性或碱性水溶液中腐蚀。

由化学工程副教授杰弗里格里利领导的研究小组已经确定了一种由铂纳米硅酸盐制成的电催化剂的结构，这种电解质既有活性又稳定。这种设计创造了镍的特性，格里利说这是出乎意料但非常有益的。

格里利说：“这些反应导致了非常稳定的结构，我们只能通过观察镍的性质来预测它们。” “结果令人非常惊讶。”

格里利的团队和在阿贡国家实验室工作的合作者已经注意到，置于铂基底上的镍显示出作为电催化剂的潜力。格里利的实验室随后开始研究具有这种成分的电催化剂如何既活跃又稳定。

Greeley的团队在铂上模拟了镍的不同厚度和直径，以及电池中的电压和pH值。镍只有一个或两个原子层的厚度和一到两纳米的直径，创造了他们想要的条件。

格里利说：“他们就像坐在铂金海上的镍小岛。”

格里利说，超薄的镍层是关键，因为它正处于两种金属结合在一起的所有电化学活动发生的地步。由于镍只有一个或两个原子层，因此几乎所有镍都与铂反应。这不仅会产生所需的催化作用，而且会使镍以不会氧化的方式改变，从而提供稳定性。

然后，Argonne的合作者分析了镍铂结构，并确认了格里利和他的团队预计电催化剂的性能。

接下来，格里利计划用不同的金属测试类似的结构，例如用金替代铂或用钴代替镍，以及改变pH和电压。他认为可以使用他的计算分析找到其他更稳定和更活跃的组合。

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