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[江苏教育新闻网]第九届有机分子和聚合物发光学术会 前沿科技成果频现
时间 : 2015-10-13 10:13 来源 : 未知 作者 : njtech  点击 :

 

江苏教育新闻网讯(通讯员杨芳 记者沈大雷)“金属铂作为一种催化剂应用于很多反应中,能源行业尤甚,但铂金属太贵,很难产生大规模应用,所以我们经过研究探索通过改变碳材料结构进而改变其性质,便能使其代替金属铂。可以这么说,碳材料和水及太阳光相互作用,能源源不断产生电,使用电器产品不再付电费,有望成为现实……”1012日上午,在南京工业大学承办的“第九届全国暨华人有机分子和聚合物发光学术会议暨第一届有机电子学术会议”上,世界知名纳米材料与能源专家、美国凯斯西储大学先进碳材料科学与工程中心主任戴黎明教授介绍道。

通过改变碳纳米的结构改变碳材料的性能,因而可能使用碳材料代替金属铂催化,将其应用在燃料电池、超级电容器、锂电池、太阳能电池中。从60年代美国宇航局阿波罗登月到现在的半个世纪以来,由于铂的昂贵导致燃料电池未能产业化,没有应用在汽车、照明等民用生活方面。戴教授指出,碳材料代替金属铂催化,在光解水的过程中产生氢气和氧气,产生动力,唯一的副产品是水,水再次光解循环,没有污染,没有CO中毒,且效率高能使化学能80%转化为电能,高于其他催化剂20%

碳纳米管能够取代昂贵的铂催化剂,降低燃料电池成本。戴黎明课题组研究表明,垂直生长的碳纳米管阵列可作为催化剂用于燃料电池中。掺氮的碳纳米管将比目前使用的铂催化剂更便宜、寿命更长。

根据美国能源部的资料,铂占燃料电池成本的一半以上。领导该项研究的材料工程教授戴黎明指出,燃料电池大规模商业化的障碍之一就是铂太昂贵。对于电极而言,需要一种廉价而具有高性能的材料。

碳纳米管能够克服铂催化剂所面临的诸多难题:一氧化碳会导致铂催化剂中毒失效;而且铂催化剂耐久性不强,经过一段时间其催化特性会下降。而碳纳米管工作稳定性长且不会受到一氧化碳污染。纳米管主要应用于碱性燃料电池,以往碱性燃料电池主要应用在航天飞机上,但现在研究人员的发现使其有了进入汽车市场的可能。另外,掺氮的碳纳米管也可以应用在质子交换膜(PEM)燃料电池上。

研究人员通过在碳纳米管与聚合物的复合薄膜上沉积碳纳米管阵列制备电极。为制作纳米管电极,研究人员从一种含有碳、氮、铁的化合物着手。他们将之置于石英衬底上,然后在氨气中加热,产生垂直于衬底表面生长的氮掺杂碳纳米管。随后研究人员对纳米管阵列加以氧化,以除去残余的铁,并将纳米管阵列沉积到聚合物薄膜上。将电极浸入氢氧化钾电解液中,研究人员发现该催化剂加速了氧气与电子在阴极上的反应。研究表明,采用这种材料作为阴极,其电流密度比常规铂涂层电极高4 倍。

据介绍,还有其他研究人员也在研究不同的铂催化剂替代品。布鲁克海文国家实验室的Kotaro Sasaki 与其同事正在研究仅有原子厚度的铂薄膜,使贵重金属用量大大减少。澳大利亚Monash 大学的研究人员利用名为 PEDOT 的聚合物制造电池阴极。阿贡国家实验室的研究人员在制造载有少量铂或铁的纳米管阵列。但比较而言碳材料作为催化剂显得更为清洁更为便宜。

为解决能源危机,科研人员将锂电池与太阳能电池组装在一起,有望使汽车可以用可再生能源代替不可再生能源。锂电池需要充电,那么像汽车加油站一样需要好多桩,显然不方便且费用昂贵,但是将太阳能电池装备安装在屋顶或车顶上,便可以边开车边利用太阳能给锂电池充电。将太阳能与电容器绑在一起,白天将太阳能储存在电容器内,晚上或阴雨天,用电容器给锂电池充电。“电容器就像手机充电宝,这样给汽车充电就方便多了!”戴教授介绍说。

“当科技产业如火如荼地向前推进时,材料既是阻碍,也是机遇。旧材料总有性能不适应需要的瓶颈,而新材料总会在突破原有的物理、化学性质束缚的同时,为科研、产业界带来新的方向,为我们的生活带来新的体验。”大会主席、南京工业大学校长黄维院士谈及此次会议的背景说道。据悉,为期三天的学术会议,汇聚了近1300位代表,其中200多位国内外专家应邀做各自领域的最新研究成果及进展报告。

“独学而无友,则孤陋而寡。南工在向‘综合性、研究型、全球化’大学目标迈进的过程中,就是要与科技前沿不断对话,拓宽视野不断进步。”据黄维介绍,南工借助国家级协同创新中心和海外人才缓冲基地两个平台,近两年来在科学研究上取得了突破,仅2014年到2015年就已经在《自然》的系列杂志上刊发原创性科研成果4篇。

据悉,在本次会议上,南工客座教授、美国加州大学洛杉矶分校的材料科学与工程系裴启兵教授还分享了他关于人工肌肉的研究成果。高分子薄膜加上导电涂层,贴在受损或坏死的肌肉处,便可以在脑电波的控制下,完成肌理作用。该薄膜涂层比纸还薄,只有几十个微米厚。

来自新加坡南洋理工的终身教授岑子健分享了关于微纳光源的最新研究进展。据悉,目前钙钛矿太阳能电池效率已经达到21%,通过未来几年科研界的共同努力,应该能够非常接近单晶硅的转化效率25%,效率满足商业化需求已不是问题。大面积化及稳定性等问题,非常有希望未来3年内通过新材料开发和器件结构优化能得到很好解决。钙钛矿材料在激光器应用目前虽然体现了很多优点和特性,但是如何实现高稳定性的电致器件仍有很长的路要走。最近的研究表明钙钛矿材料在磁-光领域也具有很好的应用前景。

20151013日《江苏教育新闻网》:http://www.jsenews.com/site/boot/newsmore_2014_a2015101380846.html