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　　一、研究背景

　　燃料電池能有效地將氫氣和氧氣直接轉(zhuǎn)化為電能，催化劑在加速這一過程中起著至關(guān)重要的作用。長期以來，鉑因其高效性和耐用性一直是氧還原反應(yīng)的首選催化劑，但其高昂的成本限制了其廣泛應(yīng)用。

　　為了尋找一種更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的替代品，康奈爾大學(xué)的材料科學(xué)家Andrej Singer和化學(xué)家Héctor Abru?a共同領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，研究了一種鈷錳氧化物催化劑。該研究結(jié)果已經(jīng)在2月7日發(fā)表于《自然催化》(Nature Catalysis)中。

　　二、研究過程

　　他們利用康奈爾高能同步輻射光源的先進(jìn)X射線技術(shù)觀察了催化劑的作用。這一發(fā)現(xiàn)揭示了一種意想不到的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，表明這種催化劑有可能成為鉑的主要競爭對手。

　　鈷錳尖晶石氧化物是一種前景廣闊的下一代電催化劑，其氧還原反應(yīng)活性可與堿性燃料電池中的鉑相媲美。盡管其性能令人鼓舞，但了解氧還原反應(yīng)的催化機(jī)理，對于推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)低成本堿性燃料電池技術(shù)至關(guān)重要。科學(xué)家們使用多模式原位同步輻射X射線衍射、共振彈性X射線散射，來研究Co-Mn尖晶石氧化物電催化劑的結(jié)構(gòu)和氧化態(tài)之間的相互作用。

　　三、研究進(jìn)展

　　康奈爾大學(xué)工程學(xué)院材料科學(xué)與工程(materials science and engineering in Cornell Engineering)副教授Andrej Singer表示，這些鈷錳氧化物在運(yùn)行過程中可以承受令人驚訝的巨大應(yīng)變(許多其他材料會永久變形或降解)。目前的電化學(xué)表面反應(yīng)模型無法解釋現(xiàn)場數(shù)據(jù)，顯然有一種更復(fù)雜的機(jī)制在起作用。未來的研究可能會闡明這些機(jī)制，并為高性能催化劑材料的開發(fā)提供信息。

　　這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵的局限性：雖然這種材料可以從微小、快速的電壓變化中反復(fù)恢復(fù)，但長時間的暴露會引發(fā)不可逆的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。這一發(fā)現(xiàn)和進(jìn)一步的建模，正在幫助研究人員更好地界定這種材料的潛在降解點(diǎn)。

　　這項(xiàng)研究匯集了化學(xué)家、物理學(xué)家和材料科學(xué)家，是康奈爾大學(xué)更廣泛合作的一部分。研究以文理學(xué)院(A&S)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系(Department of Chemistry and Chemical Biology)Emile M. Chamot教授的研究為基礎(chǔ)，他作為堿基能源解決方案中心(Center for Alalkaline-based Energy Solutions)主任，一直在探索鉑的催化劑替代品。

　　在目前發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究小組計劃探索其他雙金屬氧化物。同時，擴(kuò)展他們的X射線方法，以研究更廣泛的電催化材料。這項(xiàng)研究得到了美國能源部資助的能源前沿研究中心——堿性能源解決方案中心的支持。實(shí)驗(yàn)在CHESS高能X射線科學(xué)中心進(jìn)行，該中心由美國國家科學(xué)基金會支持。

　　以上就是康奈爾大學(xué)利用X射線研究清潔能源催化材料的相關(guān)內(nèi)容。如果您對美國留學(xué)感興趣，歡迎您在線咨詢托普仕留學(xué)老師(Tops6868)。托普仕留學(xué)專注美國TOP30名校申請，采用5v1服務(wù)模式，21步精細(xì)服務(wù)流程，硬性四維標(biāo)準(zhǔn)+六維背景提升等留學(xué)服務(wù)體系，為學(xué)生申請美國名校提供保障。