慕尼黑技术大学(TUM)的一个跨学科研究团队已经建立了用于燃料电池催化的铂纳米颗粒：新型尺寸优化催化剂的性能是目前商用的最佳工艺的两倍。
燃料电池可以很好地取代电池作为电动汽车的动力源。它们消耗氢气，氢气是一种可以利用风力发电厂的剩余电力生产的气体。然而，燃料电池中使用的铂是罕见且极其昂贵的，这一直是迄今为止应用中的限制因素。
慕尼黑技术大学(TUM)的一个研究小组由无机和有机金属化学教授Roland Fischer，能量转换和储存物理学家Aliaksandr Bandarenka和纳米系统能量转换模拟教授Alessio Gagliardi领导，现已优化了铂颗粒的尺寸达到这样的程度，即颗粒的性能是目前商业上可获得的最佳工艺的两倍。
理想：铂金“蛋”只有一纳米大
在燃料电池中，氢气与氧气反应产生水，在此过程中发电。需要在电极处使用复杂的催化剂以优化该转化。铂在氧还原反应中起着重要作用。
在寻找理想的解决方案时，团队创建了完整系统的计算机模型。核心问题是：铂原子团簇有多小并且仍具有高活性的催化效应?“事实证明铂金叠层有一定的最佳尺寸，”Fischer解释道。
测量约1纳米并含有约40个铂原子的粒子是理想的。Bandarenka说：“这种尺寸的铂催化剂体积小，但有大量高活性斑点，导致高质量活性。”
跨学科合作
催化研究中心(CRC)的跨学科合作是研究团队成果的重要因素。结合建模，联合讨论和从实验中获得的物理和化学知识的理论能力，最终得出一个模型，显示催化剂如何设计成所涉及组件的理想形式，尺寸和尺寸分布。
此外，CRC还具有创建和实验测试计算的铂纳米催化剂所需的专业知识。“这在无机合成技术方面需要很多，”Kathrin Kratzl，以及该研究的三位主要作者之一Batyr Garlyyev和MarlonRück说。
比最好的常规催化剂有效两倍
该实验确切地证实了理论预测。“我们的催化剂的效率是市场上最好的传统催化剂的两倍，”Garlyyev说，并补充说，这仍然不适合商业应用，因为目前铂金数量减少50%必须增加到80%。
除了球形纳米粒子外，研究人员还希望从更复杂的形状中获得更高的催化活性。在合作伙伴关系中建立的计算机模型是这种建模的理想选择。“然而，更复杂的形状需要更复杂的合成方法，”Bandarenka说。这将使计算和实验研究在未来变得越来越重要。