金镍纳米薄膜材料可优化直接甲醇燃料电池的应用性能

直接以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池通常称为直接甲醇燃料电池（DMFC）。直接甲醇燃料电池不需要在中间转化装置，因而具有系统结构简单，体积能量密度高，还具有起动时间短、负载响应特性佳、运行可靠性高，在较大的温度范围内都能正常工作，燃料补充方便等优点。

直接甲醇燃料电池因其自身的优势引起全世界各国燃料电池研究人员的注意，是各国政府优先发展的高新技术之一。目前直接甲醇燃料用领域非常广泛，主要分为（1）野外作业或军事领域的便携式移动电源;（2）50—— 1 000kW的固定式发电设备;（3）未来电动汽车动力源;（4）移动通讯设备电源。

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。”

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