中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)北京7月4日訊(記者佘惠敏通訊員張致遠(yuǎn))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，從而能夠大幅節(jié)省貴金屬鉑的用量，推動(dòng)了該清潔能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。
質(zhì)子交換膜燃料電池電源是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源，具有工作溫度低、啟動(dòng)快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為電動(dòng)汽車、固定發(fā)電站等的首選能源。該技術(shù)研發(fā)數(shù)十年，一直未能大范圍推廣，除存在穩(wěn)定性、耐久性等問題，追根究底，高昂成本也是商業(yè)化的瓶頸。
此前許多已報(bào)道的鉑基催化劑雖然擁有卓越的質(zhì)量活性，但是穩(wěn)定性往往并不可觀，這主要是因?yàn)楦叩馁|(zhì)量活性所依賴的催化劑納米結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性通常存在問題，因此很難同時(shí)兼具高質(zhì)量活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性。
針對(duì)這一難題，研究人員借助于原子級(jí)別精細(xì)合成技術(shù)，一方面通過提高鉑基催化劑中的鉑原子的分散度來實(shí)現(xiàn)高的質(zhì)量活性，另一方面通過調(diào)節(jié)鉑基催化劑的維度以及引入銠原子來增強(qiáng)鉑基催化劑的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)并合成出了一種銠原子摻雜的鉑超細(xì)納米線催化劑，其直徑僅有1.3納米，鉑原子的利用率卻高達(dá)48.6%。研究結(jié)果表明，這種新型催化劑的質(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，只損失了9.2%的質(zhì)量活性，而目前商用的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%，表明這種新型銠原子摻雜的鉑超細(xì)納米線催化劑具有明顯優(yōu)勢(shì)。
該成果近日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》雜志上，論文的共同第一作者是中國(guó)科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院曾杰教授課題組博士后黃宏文博士和博士研究生李衎。
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