KIST利用半导体制造技术合成金属纳米颗粒 可提高燃料电池催化剂的性能

据国外媒体报道，韩国一个研究小组利用半导体制造技术合成了金属纳米粒子，可以显著提高氢燃料电池催化剂的性能。

(来源:KIST)

韩国科学技术研究院(KIST)宣布，氢燃料电池研究中心的Sung Jong Yoo博士领导的研究小组通过溅射工艺，用物理方法(而不是现有的化学反应)成功合成了纳米颗粒。溅射工艺是一种用于半导体制造的金属薄膜沉积技术。

在过去的几十年里，金属纳米粒子已经在许多领域得到了讨论。近年来，作为氢燃料电池和水电解制氢系统中的关键催化剂，这类颗粒引起了人们的关注。金属纳米粒子主要通过复杂的化学反应制备，制备中使用的有机物对环境和人类都有危害。后续处理将产生额外的成本，并且合成条件也具有挑战性。因此，需要一种新的纳米粒子合成方法来建立氢能系统，以克服现有化学合成方法的缺点。

KIST研究小组使用的溅射工艺是在半导体制造过程中用金属膜覆盖表面。在这个过程中，大块金属被等离子体切割成纳米颗粒，然后纳米颗粒沉积在基底上形成薄膜。

该团队使用一种特殊的葡萄糖基质来制备纳米颗粒。在制备过程中，这种基质可以防止金属纳米颗粒被等离子体转化成薄膜。合成方法采用物理气相沉积原理，用等离子体代替化学反应。通过这种简单的方法，可以合成金属纳米颗粒，并且可以克服现有化学合成方法的局限性。

现有的化学合成方法限制了可以成为纳米粒子的金属种类，影响了新型催化剂的开发；此外，必须根据金属类型改变合成条件。然而，通过这种新开发的合成方法，有可能合成更多不同金属的纳米颗粒。此外，如果将该技术同时应用于两种或两种以上的金属，可以合成含有多种成分的合金纳米颗粒。这将有助于开发基于多元合金的高性能纳米粒子催化剂。

KIST研究组利用该技术合成了一种铂钴钒合金纳米颗粒催化剂，并将其应用于氢燃料电池电极的氧还原反应。与铂和铂钴合金催化剂(商用氢燃料电池催化剂)相比，其催化活性分别高7倍和3倍。此外，研究人员还讨论了新加入的钒对纳米颗粒中其他金属的影响。通过计算机模拟发现，钒通过优化铂和氧之间的键能来改善催化剂的性能。

Sung Jong Yoo博士表示:“这项研究开发了一种基于创新概念的合成方法，可应用于专注于金属纳米粒子的研究，以开发水电解系统、太阳能电池和石化产品。研究人员将把新型结构合金纳米粒子应用到开发过程中(这在以前是很难实现的)，努力构建完整的氢经济，开发碳中和技术，开发氢燃料电池等环保能源技术。”据国外媒体报道，韩国一个研究小组利用半导体制造技术合成了金属纳米粒子，可以显著提高氢燃料电池催化剂的性能。

(来源:KIST)

韩国科学技术研究院(KIST)宣布，氢燃料电池研究中心的Sung Jong Yoo博士领导的研究小组通过溅射工艺，用物理方法(而不是现有的化学反应)成功合成了纳米颗粒。溅射工艺是一种用于半导体制造的金属薄膜沉积技术。

在过去的几十年里，金属纳米粒子已经在许多领域得到了讨论。近年来，作为氢燃料电池和水电解制氢系统中的关键催化剂，这类颗粒引起了人们的关注。金属纳米粒子主要通过复杂的化学反应制备，制备中使用的有机物对环境和人类都有危害。后续处理将产生额外的成本，并且合成条件也具有挑战性。因此，需要一种新的纳米粒子合成方法来建立氢能系统，以克服现有化学合成方法的缺点。

KIST研究小组使用的溅射工艺是在半导体制造过程中用金属膜覆盖表面。在这个过程中，大块金属被等离子体切割成纳米颗粒，然后纳米颗粒沉积在基底上形成薄膜。

该团队使用一种特殊的葡萄糖基质来制备纳米颗粒。在制备过程中，这种基质可以防止金属纳米颗粒被等离子体转化成薄膜。合成方法采用物理气相沉积原理，用等离子体代替化学反应。通过这种简单的方法，可以合成金属纳米颗粒，并且可以克服现有化学合成方法的局限性。

现有的化学合成方法限制了可以成为纳米粒子的金属种类，影响了新型催化剂的开发；此外，必须根据金属类型改变合成条件。然而，通过这种新开发的合成方法，有可能合成更多不同金属的纳米颗粒。此外，如果将该技术同时应用于两种或两种以上的金属，可以合成含有多种成分的合金纳米颗粒。这将有助于开发基于多元合金的高性能纳米粒子催化剂。

KIST研究组利用该技术合成了一种铂钴钒合金纳米颗粒催化剂，并将其应用于氢燃料电池电极的氧还原反应。与铂和铂钴合金催化剂(商用氢燃料电池催化剂)相比，其催化活性分别高7倍和3倍。此外，研究人员还讨论了新加入的钒对纳米颗粒中其他金属的影响。通过计算机模拟发现，钒通过优化铂和氧之间的键能来改善催化剂的性能。

Sung Jong Yoo博士表示:“这项研究开发了一种基于创新概念的合成方法，可应用于专注于金属纳米粒子的研究，以开发水电解系统、太阳能电池和石化产品。研究人员将把新型结构合金纳米粒子应用到开发过程中(这在以前是很难实现的)，努力构建完整的氢经济，开发碳中和技术，开发氢燃料电池等环保能源技术。”

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