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

据外媒报道，韩国一研究团队利用半导体制造技术合成了金属纳米颗粒，可以明显提高氢燃料电池催化剂的性能。

（图片来源：KIST）

韩国科学技术研究所（KIST）宣布，由氢燃料电池研究中心的Sung Jong Yoo博士领导的研究小组，利用溅射工艺，成功地通过物理方法（而不是现有的化学反应）合成了纳米颗粒。溅射工艺是半导体制造过程中使用的一种金属薄膜沉积技术。

过去几十年，很多领域都探讨过金属纳米颗粒。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，这种颗粒引起了人们关注。金属纳米颗粒主要通过复杂的化学反应来制备，而且制备时使用的有机物质对环境和人类有害。后续处理会产生额外成本，合成条件也具有挑战性。因而，需要一种新的纳米颗粒合成方法来建立氢能体系，以克服现有化学合成方法的缺点。

KIST研究团队使用的溅射工艺，是在半导体制造过程中往表面涂覆金属薄膜。在这一过程中，利用等离子体将大的金属切割成纳米颗粒，然后将纳米颗粒沉积在基质上形成薄膜。

该团队利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通过等离子体转化为薄膜。该合成方法采用物理气相沉积原理，使用的是等离子体，而不是化学反应。通过这种简单的方法，可以合成金属纳米颗粒，并克服现有化学合成方法的局限性。

现有化学合成方法限制了可作为纳米颗粒的金属类型，影响开发新催化剂；而且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多种金属，则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种成分合金的高性能纳米颗粒催化剂。

KIST研究团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。比起铂和铂钴合金催化剂（商用氢燃料电池催化剂），其催化活性分别高7倍和3倍。此外，研究人员还探讨，新添加的钒对纳米颗粒中其他金属的影响。经计算机模拟发现，钒通过优化铂-氧键能，改善了催化剂的性能。

该所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，可以应用于以金属纳米颗粒为重点的研究，以开发水电解系统、太阳能电池和石化产品。研究人员将把新结构合金纳米颗粒应用到开发过程中（这在以前很难实现），努力建设完整的氢经济，并开发碳中和技术，以发展氢燃料电池等环境友好型能源技术。”