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從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，近日，該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心曾杰教授課題組與湖南大學(xué)黃宏文教授合作，研制出一種兼具優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性的質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑。質(zhì)子交換膜燃料電池具有零排放、能量效率高、功率可調(diào)等優(yōu)點，是未來電動汽車中最理想的驅(qū)動電源，具有廣闊的市場前景。該成果11月28日發(fā)表在《美國化學(xué)會志》雜志上。
質(zhì)子交換膜燃料電池雖有很多優(yōu)點，但質(zhì)子交換膜燃料電池的陰極端氧還原反應(yīng)的動力學(xué)十分緩慢，需要使用大量貴金屬鉑納米催化劑作為電極催化劑來維持電池的高效運轉(zhuǎn)，這使得質(zhì)子交換膜燃料電池的成本十分高昂，限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。因此，減少質(zhì)子交換膜燃料電池中貴金屬鉑的用量具有重要意義。
在鉑基催化劑中，提高鉑基催化劑在氧還原反應(yīng)中的質(zhì)量活性以及催化穩(wěn)定性是降低貴金屬鉑用量的途徑。目前，許多已報道的鉑基催化劑擁有卓越的質(zhì)量活性，但其中絕大部分催化劑的穩(wěn)定性不夠，這是由于高質(zhì)量活性所依賴的結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)不能夠穩(wěn)定存在，研制兼具高質(zhì)量活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性的鉑基催化劑極具挑戰(zhàn)性。面對這一難題，該項目研究人員通過精細(xì)調(diào)控鉑基催化劑的維度、尺寸、組分，研制出超細(xì)的鉑鎳銠三元金屬納米線催化劑。由于該納米線的直徑僅有一納米，其表面鉑原子占整體鉑原子比率高于50%，展現(xiàn)了超高的原子利用率，為高的催化質(zhì)量活性提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。氧還原催化測試表明，碳負(fù)載的超細(xì)鉑鎳銠三元金屬納米線催化劑的質(zhì)量活性是目前商用鉑碳納米催化劑的15.2倍。同時，這種催化劑在氧氣氣氛下循環(huán)使用10000次后，只有12.8%的質(zhì)量活性性能損失，而目前商用的碳負(fù)載型的鉑納米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73.7%。
曾杰表示，相較于目前商業(yè)鉑碳納米催化劑，碳負(fù)載的超細(xì)鉑鎳銠三元金屬納米線催化劑在質(zhì)量活性和催化穩(wěn)定性方面都有顯著的提高，展現(xiàn)出很好的應(yīng)用潛力。
