Водород был бы идеальным энергоносителем: Избыточная энергия ветра могла разделить воду на свои элементы. Водород мог привести управляемые топливным элементом электромобили в действие с большой эффективностью.
В то время как единственный выхлоп был бы водой, диапазон мог быть, как обычно. Но автомобили на топливных элементах – все еще редкое исключение.
Необходимая платина (Pt) чрезвычайно дорогая, и годовая выработка в мире не была бы достаточна для всех автомобилей.Ключевой компонент топливного элемента – платиновый катализатор, который используется, чтобы уменьшить кислород. Известно, что не вся поверхность, но только несколько особенно выставленных областей платины, так называемые активные центры, каталитически активны.
Команда ученых из Мюнхенского технического университета и Рурского Университета Бохум (Германия), Высшей нормальной школы (ENS) де Лион, Центр, национальное de la исследование scientifique (CNRS), Универсайт Клод Бернард Лайон 1 (Франция) и Лейденский университет (Нидерланды) намеревалось определять то, что составляет активный центр.Изучение моделиОбщепринятая методика использовала в развивающихся катализаторах и в моделировании процессов, которые происходят на их поверхностях, компьютерное моделирование. Но как количество увеличений атомов, квант химические вычисления быстро становятся чрезвычайно сложными.
С их новой методологией, названной «сюжеты деятельности координации», исследовательская группа представляет альтернативное решение, которое изящно коррелирует геометрический и адсорбционные свойства. Это основано на «обобщенном числе координации» (GCN), который считает ближайших соседей атома и число координации ее соседей.Вычисленный с новым подходом, типичный Pt (111) у поверхности есть ценность GCN 7,5.
Согласно сюжету деятельности координации, оптимальный катализатор должен, однако, достигнуть ценности 8,3. Необходимое большее число соседей может быть получено, вызвав впадины атомного размера в платиновую поверхность, например.
Успешный практический тестЧтобы утвердить точность их новой методологии, исследователи в вычислительном отношении проектировали новый тип платинового катализатора для приложений топливного элемента. Образцовые катализаторы были подготовлены, экспериментально используя три различных метода синтеза. Во всех трех случаях катализаторы показали до трех с половиной раз большую каталитическую деятельность.
«Эта работа открывает совершенно новый путь к развитию катализатора: дизайн материалов на основе геометрических объяснений, которые более проницательны, чем их энергичные эквиваленты», говорит Федерико Калье-Вальехо. «Другое преимущество метода состоит в том, что он базируется ясно на одном из основных принципов химии: числа координации. Это значительно облегчает экспериментальное внедрение вычислительных проектов».
«С этим знанием мы могли бы быть в состоянии развивать наночастицы, которые содержат значительно меньше платины или даже включают другие каталитически активные металлы», говорит профессор Алиэксэндр С. Бэндэренка, преподаватель следа срока пребывания в Мюнхенском техническом университете. «И в будущем мы могли бы быть в состоянии расширить наш метод на другие катализаторы и процессы, также».