新質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑省錢高效

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組與美國(guó)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(dòng)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(guó)化學(xué)會(huì)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(dòng)力電池以及和移動(dòng)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(duì)這一挑戰(zhàn)，研究人員在通過(guò)調(diào)節(jié)鉑基催化劑的維度來(lái)改變對(duì)稱性和與碳負(fù)載的接觸面積的同時(shí)，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(shí)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(duì)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%。