新型自組裝催化劑：助力氫氧燃料電池大規模生產

一種通過分子自組裝的製造的新型催化劑——共面鈷卟啉。自組裝過程中，裝有鈷卟啉分子的小瓶（左邊的小瓶）與一小瓶釕"夾"（中間的小瓶）混合，得到最終產品——共面鈷卟啉催化劑（右邊的小瓶）。來源：道格拉斯?里維爾 /布法羅大學

在氫燃料電池中，最佳選擇鈷熒光鈷卟啉

在實驗室中，這些化合物以樂高式的化學建築積木的方式進行自行裝配，最後被裝配在一起。這是一種可迅速裝備的技術：科學家將這些碎片加入燒瓶中，攪拌它們並加熱。隨著時間的推移，這些積木會在正確的位置連接在一起從而形成最終的複合體。

有朝一日，這種技術可以讓汽車製造商降低氫能汽車的價格，讓更多消費者能夠接觸到環保汽車。同時，低成本的燃料電池還可以推動其他氫能設備的開發，例如備用發電機。並且氫氣是一種清潔能源，因為氫氣燃料電池排出來的副產品只有水。

一篇描述這種新材料的研究於5月29日發表在Chemistry：A European Journal上。庫克的合作者包括第一作者Amanda N. Oldacre（最近剛畢業的UB化學博士）; UB化學博士的學生Matthew R. Crawley以及UB工程與應用科學學院材料設計和創新研究副教授Alan E. Friedman博士。

庫克的實驗室專門從事分子自組裝，這是一種強大的創造新材料的過程。

「自組裝是一種製造複雜分子的好方法，通常要合成一種新材料，必須逐個添加組成部分，而這需要時間和金錢。但是分子自組裝速度很快——這是一個一步完成的過程「。

為了製造最終的化合物，庫克的實驗室設計了卟啉和具有化學性質的「夾子」，確保它們能夠在正確的位置相互連接。然後團隊將卟啉溶液與夾子混合併加熱。在兩天內，這些碎片自組裝形成共面鈷卟啉。

與他們設計的用於取代的鉑催化劑一樣，同面鈷卟啉能促進氫燃料電池中的化學反應，稱為氧還原。這涉及到將氧分子分裂成兩個獨立的氧原子，然後這兩個氧原子可以與氫結合形成水——這是一種可以產生能量的相互作用。

但他補充說，用作催化劑的人造卟啉的結構一直很難設計。並且製造這些化合物的過程通常很昂貴，涉及很多步驟，最終產率也很低。

第一作者Oldacre說，「研究這個項目的基本化學特性是非常有意義的，它可能會對碳中性能量轉換產生巨大影響。自組裝技術的使用能夠讓我們在48小時內製造出更便宜的材料，並且不存在其他方法合成新化合物時所遇到的困難以及耗時長的提純的過程。」

文章來自phys網站，原文題目為Lego-like chemical building blocks self-assemble into catalyst for hydrogen fuel cells，由材料科技在線匯總整理。

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