再生能源的收集通常需要很多的电力。电化学过程可用于存储多余的能量。尽管对此电催化剂的深入研究已经进行了20年,但进展并不是很多。

 可持续电催化剂开发面临的挑战有哪些?

马克斯·普朗克化学能转化研究所的Justus Masa博士,杜伊斯堡-埃森大学的Corina Andronescu教授和德国杜伊斯堡-埃森大学的Wolfgang Schuhmann教授描述了在研发用于工业应用的高效,稳定和选择性催化剂方面需要进行哪些改变。它发表在Angewandte Chemie杂志上。


能量转化的化学反应


三种化学反应将特别适合于能量转换:将水电解为氢和氧,随后可用于在燃料电池中产生电能;将氮转化为氨,这是化学工业的重要原材料;以及将CO 2电化学转化为其他工业原料,例如乙烯。


催化剂的活性,选择性和稳定性


在他们的综述文章中,作者描述了对新催化剂的研究必须始终牢记三个因素:活性,选择性和稳定性。活性描述了催化剂在给定的能量输入下有多强大。选择性定义为产生所需物质而不污染副产物的能力。稳定性表明催化剂长期有效。


“许多出版物声称,对于重要的能量转化反应,电催化剂具有很高的活性,稳定性和选择性,但缺乏证据。” Resolv电化学中心主任兼鲁尔探索卓越溶剂簇的成员Wolfgang Schuhmann说。


基础研究与应用之间的差距


Masa,Andronescu和Schuhmann说,催化剂的稳定性常常没有得到足够重视。他们写道:“催化剂稳定性的低估是造成活性催化剂设计中看似令人兴奋的突破与技术应用中此类催化剂的实际应用之间巨大差距的原因。”


该团队确定了阻碍从研究到实践的五个因素:


在与应用相关的条件下,催化剂的性能和材料性能与实验室条件下的性能和材料性能不同。


没有评估和比较催化剂性能的明确指南。


不合适的表征方法通常用于确定电催化反应的性能。


对于催化剂的活性中心及其长期稳定性知之甚少。例如,可以忽略周围的溶剂分子和离子对功能的影响。


为了确定催化剂的活性,必须知道其实际表面积。纳米颗粒集合体通常用作催化剂,常规表面测定方法不适用于该催化剂。


Justus Masa,Corina Andronescu和Wolfgang Schuhmann在他们的文章中使用实验结果证明了始终以综合的方式考虑催化剂的稳定性及其活性是多么重要。他们提出了各种可靠地测量活性的方法,并提到了纳米电化学。如果使用纳米颗粒集合体作为催化剂,则应表征单个纳米颗粒,而不是颗粒集合体,否则会发生干扰。


最后,作者呼吁催化剂设计发生转变。他们列出了可以以高度选择性的方式生产所需产品的有前途的方法。


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