阿姆斯特丹大学研究优先领域可持续化学的Moniek Tromp博士研究小组的研究揭示了质子交换膜(PEM)燃料电池中氢氧化的钯催化剂的结构。与目前的观点相反，通过在操作条件下应用X射线光谱获得的结果表明在整个操作范围内存在氢化物相。
该研究与慕尼黑技术大学(化学系)的Hubert Gasteiger教授的技术电化学研究小组合作，最近在ACS Catalysis上发表。
调查钯
在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，通过氢的电化学氧化产生电子，从而产生电力以驱动电动汽车或为工业或家庭提供电力。用于该电子产生氧化反应的目前已知的最佳电催化剂是所谓的铂族金属，其中铂本身是最活泼的催化剂。
钯为铂提供了一种有趣的替代品，因为它的活性略低，但更广泛，价格也更便宜。然而，在实践中，钯的活性在高阳极电位下降低。迄今为止，这已经通过其催化性质的变化来解释，主要是材料的主体中的氢化物分解和表面的氧化物形成。
然而，这些解释是有争议的，因为它们基于室温下的实验室实验。低温PEMFC的典型操作条件包括高达80℃的温度。为了从根本上理解非Pt基催化剂的性能和开发，重要的是在真实反应条件下表征催化剂。
改进实验设置
目前阿姆斯特丹/慕尼黑的研究合作弥合了室温下液体电解质的电化学研究与80°C下实际运行的燃料电池之间的差距。在ACS催化中，研究人员提出了电化学等温线，用于将氢吸收到Pd催化剂中，作为施加电位，温度和反应气氛的函数。
它们是通过新的改进的X射线吸收光谱(XAS)电化学燃料电池获得的，允许在操作期间(操作光谱学)研究PEMFC电极。该研究是在格勒诺布尔欧洲同步辐射装置的BM30B / FAME光束线上进行的。
保持氢化物相
氢氧化期间的操作光谱表征明确地证明氢化物相保持在燃料电池阳极的实际操作条件下，即使在高阳极电位下也是如此。先前在基于液体电解质的电化学电池中观察到的从氢化物到金属态的转变不会发生。
研究人员认为，操作PEMFC的反应环境与室温液体电解质电池的反应环境不同，因此Pd催化剂的化学状态完全不同。解释这一点的一个重要特征是PEMFC中质量传递率的数量级更高。
最近的研究结果强调了在实际操作条件下表征电催化剂性质的必要性。此外，研究人员认为，事实上，对于所有电催化反应，其中反应物以气态形式供应 - 不仅仅是燃料电池中的氢氧化 - 在建立时保持适当的传质方式至关重要。结构 - 活动关系。