優(yōu)化反應(yīng)應(yīng)用的典型案例是增加用于燃料電池汽車催化劑的活性。盡管燃料電池所代表的無排放電動汽車技術(shù)前景廣闊，但貴金屬催化劑(如鉑和鈀)的用量和成本一直以來對燃料電池的大規(guī)模使用形成制約，而令燃料電池催化劑反應(yīng)更活躍，則有望降低成本，為燃料電池車的大規(guī)模使用進一步掃除障礙。
僅五個原子層厚的鉑類金屬“恰好”用于優(yōu)化燃料電池電極的性能
王超及其同事估計，他們的新方法可將催化劑活性提高10-20倍，使當(dāng)前燃料電池所需貴金屬用量減少90%。
“由于材料在原子水平上晶體對稱性的破壞，每種材料都會經(jīng)歷表面應(yīng)變。我們發(fā)現(xiàn)了一種使這些晶體超薄的方法，從而減少了原子之間的距離并增加了材料的反應(yīng)性。”約翰斯·霍普金斯大學(xué)的化學(xué)和生物分子工程學(xué)士，助理教授王超表示。
簡言之，應(yīng)變是任何材料的變形。例如，當(dāng)一張紙彎曲時，它會在最小的原子水平上被有效地破壞，將紙張固定在一起的錯綜復(fù)雜的格子永遠改變了。
在這項研究中，研發(fā)團隊操縱了應(yīng)變效應(yīng)或原子之間的距離，導(dǎo)致材料發(fā)生顯著變化。通過令這些格子比人發(fā)薄一百萬倍，相應(yīng)材料變得更容易操作，就像一張紙比一堆厚紙更容易彎曲一樣。
“我們使用力來調(diào)整構(gòu)成電催化劑的薄金屬板性質(zhì)，這是電池燃料電極的一部分。”普渡大學(xué)化學(xué)工程教授，該論文的另一位作者杰弗里格里利解釋：“最終的目標(biāo)是在各種金屬上測試該方法的可行性。”
“通過調(diào)整材料的厚度，我們能夠產(chǎn)生更多的應(yīng)變，從而改變材料特性，包括分子如何結(jié)合在一起，這意味著可以更自由地加速材料表面的反應(yīng)。”王超表示：“希望我們的研究結(jié)果有朝一日可以幫助生產(chǎn)更便宜、高效的燃料電池，從而使每個人都能更方便地使用環(huán)保型汽車。”g
