冯振兴副教授指导学生合成锂离子电池电极材料和水分解反应生成绿色氢的电子催化剂材料。左边是约瑟夫·彼得森，右边是摩根·刀子乐队。学分:OSU工程学院。俄勒冈州立大学的替代能源研究正在规划一条大规模采用直接乙醇燃料电池驱动的清洁汽车的道路。OSU工程学院的冯振兴帮助领导了一种催化剂的开发，这种催化剂解决了人们熟知的与DEFC有关的三个关键问题:低效率、催化材料的成本和电池内部化学反应的毒性。
冯和俄勒冈州立大学、中佛罗里达大学和匹兹堡大学的合作者发现，将氟原子放入钯-氮-碳催化剂中有许多积极的效果——包括保持高功率电池稳定近6000小时。催化剂是一种物质，它可以提高反应速度，而自身不会发生任何永久性的化学变化。
研究结果今天发表在《自然能源》杂志上。
由汽油或柴油发动机驱动的汽车和卡车依赖于化石燃料的燃烧，这导致了温室气体二氧化碳的排放。机动车是大气中二氧化碳的主要来源之一，而二氧化碳是气候变化的主要因素。
“内燃机产生大量的二氧化碳，”化工副教授冯说。“为了实现碳中和和零碳排放的目标，迫切需要使用来自可再生和可持续来源的燃料的替代能源转换装置。直接乙醇燃料电池有可能取代汽油和柴油能源转换系统作为能源。”
冯(音译)和他的合作者正在寻求资金来开发便携式设备和车辆的原型。
他说:“如果这次成功，我们可以在五年内交付一种商业化的设备。"有了更多的工业合作者，DEFC汽车有望在10年内实现."
乙醇，也称为乙醇，由碳、氢和氧组成——其化学式为C2H6O——是酒精饮料中的活性成分。它是通过酵母发酵苏加香自然产生的，可以从许多来源获得，包括玉米、小麦、高粱、大麦、甘蔗和甜高粱。
美国生产的大部分乙醇是在中西部生产的，最典型的是从玉米中提取的。
冯解释说，燃料电池依靠氢或其他燃料的化学能清洁高效地发电。它们可以使用各种各样的燃料和原料，可以服务于像公共电厂这样大的系统，也可以服务于像笔记本电脑这样小的系统。
“在DEFC的技术中，乙醇可以从多种来源产生，特别是像甘蔗、小麦和玉米这样的生物质，”冯说。"利用生物资源生产乙醇的好处是植物吸收大气中的二氧化碳."
乙醇是一种液体，因此易于储存和运输，每公斤乙醇比甲醇或纯氢等其他燃料输送更多的能量。此外，冯指出，生产和销售乙醇的基础设施已经到位，这使得成为替代内燃机的一个有吸引力的选择。
“第一辆由乙醇燃料电池驱动的汽车是在2007年开发的，”冯说。“然而，由于DEFC的低效率、与催化剂相关的成本以及燃料电池内部反应产生的一氧化碳导致催化剂中毒的风险，DEFC汽车的进一步发展明显滞后。”
为了解决这些问题，包括OSU的王茂宇以及中国南方科技大学和阿贡国家实验室的科学家在内的研究团队开发了高性能钯合金催化剂，与目前的钯基催化剂相比，该催化剂使用的贵金属更少。
钯、铂和钌是因其催化性能而受到重视的元素，但价格昂贵且难以获得。
“我们的团队表明，在钯-氮-碳催化剂中引入氟原子会改变钯周围的环境，从而提高电池中两个重要反应的活性和耐用性:乙醇氧化反应和氧还原反应，”冯说。“在阿尔贡进行的先进同步加速器X射线光谱表征表明，氟原子的引入产生了更富氮的钯表面，这有利于催化。通过抑制钯迁移和减少碳腐蚀来提高耐用性。”
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