DMFC电池采用金镍纳米薄膜 优化催化活性和稳定性

直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种高效清洁的新型能源，但是所依赖的甲烷氧化反应（MOR）十分缓慢。在燃料电池工作过程中，常用铂催化剂受到中间化学产物影响，有效活性表面积会逐渐降低，因此，基于黄金的替代物很有吸引力。然而，与铂金一样，黄金太稀缺，价格昂贵，不适合在汽车上大规模使用。

据外媒报道，研究人员提出一种制备金镍纳米薄膜的简易方法，既能减少黄金用量，又能优化催化活性和稳定性。此项研究由昆士兰大学的Yusuke Yamauchi领导进行。他表示：“黄金的催化活性很有趣。在常规状态下，不易发生反应。形成纳米结构后，却能在低温环境中，促进各种氧化反应发生。由于铂金不具备长期耐久性，所以，黄金有望取代铂金，成为新一代催化剂。”参与此项研究的院校还有：与早稻田大学、日本国立材料科学研究所、澳大利亚伍伦贡大学、天津大学、青岛科技大学、韩国庆熙大学。

纳米结构金属，特别是纳米多孔金属，可通过多种方法合成，只是相关合成过程大多步骤繁杂，而且需要满足苛刻的条件。在这种情况下，Yamauchi及其同事开发了一种名为“软模板”（soft-templated）方法。在含有聚合物胶束的溶液中，金属前体被电化学还原。胶束作为模板或模具，在金属薄膜中形成孔隙，之后可以利用溶剂轻松去除。他表示：“我们的方法非常简单，也不费时间。通过简单的制备过程，可以合成具有优异电催化活性的介孔双金属金-镍薄膜。”

采用这种简单直接的工艺，可以制备出混合均匀的多孔Au-Ni金属薄膜，孔径为28nm，为其他化学物质的反应提供充足的空间。Yamauchi指出：“此类材料的金属框架稳定且导电性高，很适合电化学应用。由于改性后的化学和电子性质产生协同效应，比起同类单金属合金，介孔双金属合金被认为具有更好的催化活性。”

研究小组认为，在甲烷氧化反应中，比起其他金基催化剂，Au-Ni多孔金属膜表现出的电催化活性更高，非常适用于直接甲醇燃料电池。而且，此项研究所提出的方法，适用于各种金属。Yamauchi表示：“在光学、储能和生物传感方面，这种纳米结构材料开辟了广阔的应用前景。这是极具吸引力的机遇，值得进一步探索。”