近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組與美國阿克倫大學(xué)彭振猛教授、上海應(yīng)用物理研究所司銳教授合作,在質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑研制方面取得重要進(jìn)展。研究人員基于集團(tuán)效應(yīng)設(shè)計(jì)出一種銠原子摻雜的鉑超細(xì)納米線催化劑,這種催化劑在燃料電池陰極氧還原反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性,能夠大幅節(jié)省貴金屬鉑的用量,推動清潔能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。研究成果日前發(fā)表在《美國化學(xué)會志》雜志上。
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)如氫燃料電池,被認(rèn)為是在汽車動力電池以及和移動供電電源領(lǐng)域具有廣闊前景的清潔能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。然而,其陰極氧還原反應(yīng)需要大量貴金屬鉑作為催化劑,增加了相關(guān)部件的制造成本,從而限制了該技術(shù)的商業(yè)化。
提高鉑催化劑在氧還原反應(yīng)中的質(zhì)量活性,可有效減少鉑的用量,從而實(shí)現(xiàn)成本的降低。提升催化劑中鉑利用率的策略層出不窮,許多已報(bào)道的鉑基催化劑擁有卓越的質(zhì)量活性,但是其中絕大部分催化劑的穩(wěn)定性并不理想。
面對這一挑戰(zhàn),研究人員在通過調(diào)節(jié)鉑基催化劑的維度來改變對稱性和與碳負(fù)載的接觸面積的同時,引入銠原子增強(qiáng)其穩(wěn)定性。銠原子摻雜鉑超細(xì)納米線的直徑僅有1.3納米,其鉑原子利用率高達(dá)48.6%。碳負(fù)載的銠原子摻雜鉑基超細(xì)納米線的質(zhì)量活性和比活性分別達(dá)到了商用鉑碳催化劑的7.8倍和5.4倍,同時該催化劑在氧氣氣氛下循環(huán)使用10000次后,只有9.2%的質(zhì)量活性性能損失,而與之相對的商用鉑碳催化劑在氧氣氣氛下循環(huán)使用10000次后,質(zhì)量活性性能損失達(dá)到72.3%。
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