據外媒報道，若想要氫動力汽車得到廣泛採用需要用到燃料電池，這種電池可以將氫和氧安全地轉化為水。現在，來自科羅拉多大學博爾德分校的研究人員正在開發新的計算工具和模型以便更好地理解和管理轉換過程進而解決這一障礙的一個方面。
化學與生物工程系副教授Hendrik Heinz正在跟加州大學洛杉磯分校合作領導這項研究。他的團隊最近在《Science Advances》上發表了關於這一課題的新發現。
燃料電池汽車將氫跟空氣中的氧氣結合在一起進而產生運行所需的電力。它們不需要充電，還能產生副產品水蒸氣。這些再加上其他因素使它們成為綠色和可再生能源運輸領域的一個有趣選擇。
Heinz指出，讓這種汽車可行的一個關鍵目標是在燃料電池中找到一種有效的催化劑，其可以在安全行駛所需的可控條件下“燃燒”氫和氧。與此同時，研究人員正在尋找一種催化劑，這種催化劑可以在接近室溫的條件下完成這項工作，並且在酸性溶液中效率高、使用壽命長。鉑是常用的金屬，但預測反應和最佳材料以用於放大或不同的條件一直是一個挑戰。
“幾十年來，研究人員一直在努力預測這項工作所需的複雜過程，儘管在使用納米板、納米線和許多其他納米結構方面已經取得了巨大的進展，”Heinz說道，“為了解決這個問題，我們已經開發了金屬納米結構和氧、水和金屬相互作用的模型，其準確性超過當前量子方法的10倍以上。該模型還能包含溶劑和動力並揭示氧對錶面的可及性和氧還原反應的催化活性之間的定量相關性。”
Heinz指出，他的團隊開發的定量模擬顯示了氧分子遇到鉑表面水分子層不同障礙時的相互作用。這些相互作用決定了後續反應是慢還是快，另外還需要對過程進行有效控制。這些反應發生得非常快–轉化成水需要每平方納米約1毫秒的時間–且發生在微小的催化劑表面。所有這些變量結合在一起形成了一種複雜的“舞蹈”，Heinz的團隊已經找到了一種預測方式來建模的方法。
Heinz補充稱，論文中描述的計算和數據密集型方法可以用來創建設計納米結構從而最大限度地提高催化效率以及可能的表面修飾，這樣起到進一步優化燃料電池成本效益比的目的。他的合作者則正在探索這方面的商業意義，他自己正在將這些工具應用起來以幫助對更廣泛的潛在合金展開研究並進一步了解其中的機制。