在最近发表在iScience杂志上的一篇文章中，研究人员讨论了包裹在废塑料衍生碳纳米管中的镍铁纳米颗粒在低温固体氧化物燃料电池中的应用。

固体氧化物燃料电池 (SOFC)

只要燃料输入可用，作为电化学能量转换系统的固体氧化物燃料电池就可以持续发电。它们是解决世界不断增长的能源需求以及气候变化问题的最有前途的技术之一。

导致性能下降、技术复杂性、财务障碍和应用范围有限的高工作温度是经典固体氧化物燃料电池的主要障碍。在世界各地，为解决这些问题做出了重大努力。

碳纳米管在 SOFC 中的意义

碳纳米管 (CNT) 增强的导热性和导电性加快了热传递并提高了电化学过程的速率。与垃圾填埋或焚烧等更传统的方法相比，催化热解和气化技术已被证明是一种从废弃聚合物中生成 CNT 的实用且具有成本效益的方法。

为了制造复杂的功能性碳/金属复合材料，有意利用 CNT 中剩余的金属相是实用且具有成本效益的。为了提高这两种组分界面之间的电荷转移效率，除了物理混合之外，还必须在 CNT 和过渡金属之间建立内在的化学相互作用。

低温固体氧化物燃料电池（LT-SOFCs）由于成本低、启动快，是潜在的新一代燃料电池。然而，它们对具有强电催化活性的电极材料提出了相当大的挑战。

NiFe@CNTs-Blend SOFCs废塑料的催化热解

在本研究中，作者讨论了仔细监督的废塑料催化热解，以生产包裹在碳纳米管 ( NiFe@CNTs ) 中的双金属纳米粒子。研究结果表明，由于 Ni-Fe 合金纳米颗粒的最小晶体尺寸，形成了许多外径为（14.38±3.84 纳米）的多壁 CNT。

这种NiFe@CNTs 混合固体氧化物燃料电池具有令人印象深刻的性能，在 500°C 时最大功率密度为 885 毫瓦厘米-2 。这可能与均匀分散的合金纳米颗粒的分层结构和NiFe@CNTs的高度石墨化以增强氢氧化反应 (HOR) 活性有关。

非贵金属纳米粒子对 LT-SOFC 性能的效用

该团队提到，所提出的方法可以解决可持续废物管理问题，同时通过升级回收废塑料以制造纳米复合材料并展示高性能 LT-SOFC 系统，确保世界能源供应的安全。他们描述了如何将包裹在 CNT ( M@CNTs ) 中的均匀分散的非贵金属纳米粒子添加到阳极（通过废 PP 定向催化热解的单一步骤在线生产）提高 SOFC 的 LT 性能。

研究人员调查了催化剂的活性金属成分（单金属 Fe、Ni 和双金属 NiFe）对M@CNT质量、操作和 SOFC 性能的影响。

这项工作为可持续管理废塑料和加速使用 LT-SOFC 提供了一种新策略。

NiFe@CNTs-Blend LT-SOFCs的性能特点

对于NiFe@CNTs 、Fe@CNTs和Ni@CNTs ，石墨烯的功函数分别从 5.05 电子伏特提高到 5.72 电子伏特和 6.60 电子伏特。此外，在NiFe@CNTs的催化合成过程中双金属 Fe-Ni 物种的协同效应表明，当 NiFe 合金在NiFe@CNTs中形成时，在 456 的中空位点处的氢吸附能理想接近于零值。

与 123 个中空位点或 45 个桥位点相比，234 个中空位点是Ni@CNTs 所有检查的键中首选的氢吸附位点。聚丙烯的热解和在线催化降解的一个阶段导致成功合成具有非贵重过渡金属纳米颗粒的CNT材料，以改善LT-SOFC性能。

与单金属 Ni 和 Fe 相比，双金属 ( NiFe@CNTs ) CNT 产生更长、更光滑、更窄的 CNT，以及可以在内部看到的分散良好的 Fe-Ni 合金纳米颗粒。碳峰与理论值的相似性和降低的 I D /I G比表明聚集的 CNT 具有高石墨化结构。

NiFe@CNTs作为电极添加剂在 500 °C 时的最大功率密度值为 885 毫瓦厘米-2 ，表现出令人印象深刻的低温固体氧化物燃料电池性能。这主要是因为它们的导电性和有效的防止结块。

此外，DFT 研究表明，当 NiFe 合金在NiFe@CNTs中发展时，在 456 的中空位点处产生了理想的接近零的氢吸附能。

总之，这项研究展示了一种经济且环保的塑料废物回收的新方法。作者提到，这项工作还揭示了用于低温固体氧化物燃料电池的低成本、高性能催化剂，该催化剂使用载有可调谐双金属物质的碳基材料。