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近期根據美國斯坦福大學科學家的一項新研究表明，納米級擠壓可顯著提高鉑催化劑性能，使其在燃料電池中產生更多能量。
該團隊將鉑催化劑黏合到薄材料上，薄材料隨著電子的進出而膨脹收縮。通過觀察，該團隊發現將鉑催化劑進行納米級擠壓幾乎可以將其催化活性提高其催化活性兩倍。該研究結果已經發表在11月25日的《科學》科學雜志上發表。
論文主要作者王浩天（Haotian Wang）說：“在這項研究中我們發現普通電池材料可能會限制鉑以及其他金屬催化劑的活性。因此我們提出了一種在原子尺度微調金屬催化劑的新方法。這種新技術可以廣泛應用到各種清潔能源技術上，包括使用鉑催化劑產生能量的燃料電池和可以將水分解為氧氣和氫氣燃料的鉑電解劑。”
斯坦福大學材料科學與工程系兼SLAC國家加速器實驗室光子科學教授崔毅（Yi Cui）Yi Cui說：“我們的微調技術不僅可以使燃料電池更加節能，還可以增加燃料電池的功率輸出。同時，該技術還可以提高水分解器的氫氣產生效率，并增強促進其他燃料和化學物質的生成。”
電子結構

文章插圖
催化劑的作用主要是使化學反應更快的同時消耗更少的能量。金屬催化劑的性能主要取決于其電子結構，即如何排列圍繞單個原子的電子。

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王浩天說：“催化劑的電子結構需要匹配有用的分子，以實現你想要的化學反應，你可以通過壓縮原子或將它們拉開來調整催化劑的電子結構。”
斯坦福研究小組引入了一種新的方法，該方法可以將原子壓縮或分離5%的距離，只有0.01納米。
崔毅稱說：“這看起來似乎沒什么大不了，但它真的是很多實際上確實意義重大。我們是怎么做到的？這真的是電池研究和催化劑的密切結合。”
實驗電極
該研究集中在鈷酸鋰材料，這種材料被廣泛用做于手機和其他電子設備的電池材料。研究人員將幾層鈷酸鋰材料堆疊在一起以形成電池狀電極。
崔毅說：“使用電流除去電極上的鋰離子，使其擴展0.01納米，在放電階段重新將鋰離子放入，此時，電極收縮到其原始尺寸。因為鉑金屬被黏合在邊緣位置，當電流增加且在放電收縮期時，鉑金屬會與電極其它部分一起膨脹。”
對于實驗，斯坦福團隊在鈷酸鋰材料電極上多添加了幾層鉑金屬。
性能
王浩天說：“使鉑金屬層變形0.01納米或5％對其催化性能有顯著影響。我們發現壓縮鉑金屬可以使其更加活躍，通過壓縮鉑金屬可以使其在水中還原氧的能力提高90%，這一點可以大大提高氫燃料電池的效率。”
共同研究該項目的論文合作者、斯坦福大學化學工程教授詹斯·諾斯卡（Jens Norskov）說：“這是一個理論家的夢想實驗，幾年前，我們從理論上預測通過擠壓催化劑可以控制其性能。現在通過實驗表明，我們的理論是對的。”
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