研究人員開發了一種創新技術，用于制造具有獨特的化學和物理特性的納米級材料。
蓋世汽車訊 據外媒報道，新南威爾士大學（UNSW）的研究人員展示了一種制造微型 3D 材料的新技術，最終可以使氫電池等燃料電池的成本更低、更可持續。
（圖片來源：新南威爾士大學）
新南威爾士大學理學部化學學院（School of Chemistry at UNSW Science）的研究人員表明，可以在納米尺度上按順序 " 生長 " 相互連接的 3D 層次結構。這些結構具有獨特的化學和物理特性，可以支持能量轉換反應。
從化學上來說，層次結構是分子等單元在其他單元組織中的配置，這些單元本身可能是有序的。在自然界中也可以看到類似的現象，例如花瓣和樹枝。但是，在肉眼無法看到的納米級層面，這些結構具有巨大的潛力。
研究人員發現，使用傳統方法，在納米級金屬組件上複制這些 3D 結構，具有挑戰性。想想這些微小的 3D 材料需要有多小，1 厘米中有 10 毫米，如果計算其中一毫米中的一百萬個微小分段，那每個分段是 1 納米。新南威爾士大學電子顯微鏡部門的負責人 Richard Tilley 教授表示：" 到目前為止，研究人員已經能夠在微米或分子級上組裝層次結構。但是，為了達到納米級組裝所需的精度水平，需要開發一種全新的自下而上的方法。"
研究人員通過化學合成（利用簡單化合物構建複雜化合物）方法，能夠在立方晶體結構的核心上小心地生長六方晶體結構的鎳分支，以創建尺寸約為 10-20nm 的 3D 層次結構。由此得到的互聯 3D 納米結構具有高表面積，由于金屬核心和分支的直接連接而具有高導電性，并且具有可以化學改性的表面。這些特性使其成為析氧反應（能量轉換的關鍵過程）中理想的電催化劑載體（有助于加快反應速度的物質）。研究人員利用電子顯微鏡單元（Electron Microscope Unit）提供的先進電子顯微鏡電化學分析，對納米結構的性質進行了檢測。
新南威爾士大學理學部化學學院的 Dr. Lucy Gloag 表示：" 一步一步地生長材料，與微米級組裝結構的方式形成對比，後者從大塊材料開始，然後蝕刻下來。通過這種新方法，可以很好地控制條件，将所有組件保持在極小的納米尺度，提供獨特的催化性能。"
燃料電池中的納米催化劑
傳統的催化劑通常是球形的，大多數原子被困在球體的中間。由于表面的原子非常少，大部分材料都被浪費了，因為無法參與反應環境。
新的 3D 納米結構設計，将更多的原子暴露在反應環境中，有助于實現更有效的催化能量轉換。Tilley 教授表示：" 如果将其用于燃料電池，催化劑的表面積越大，氫氣轉化為電能時的反應效率就越高。"
Dr. Gloag 表示，這意味着需要用于反應的材料更少。" 最終還會降低成本，使能源生産更具可持續性，從而進一步減輕對化石燃料的依賴性。"
下一階段，研究人員将探讨用鉑來對材料表面進行改性。雖然成本較高，但鉑是一種良好的催化金屬。在一輛電動汽車中，有六分之一的成本源自用于燃料電池的鉑。Tilley 教授表示：" 因為表面積超高，鉑之類的材料可以在單個原子上分層，所以研究人員可以在反應環境中充分利用這些昂貴的金屬。"
