中國經(jīng)濟網(wǎng)北京7月4日訊(記者佘惠敏通訊員張致遠)近日，中國科學技術(shù)大學曾杰教授課題組與美國阿克倫大學彭振猛教授、上海應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展。研究人員基于集團效應設計出一種銠原子摻雜的鉑超細納米線催化劑，這種催化劑在燃料電池陰極氧還原反應中表現(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，推動了該清潔能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的商業(yè)化應用進程。
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、啟動快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點，被公認為電動汽車、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，這主要是因為高的質(zhì)量活性所依賴的催化劑納米結(jié)構(gòu)的熱力學穩(wěn)定性通常存在問題，因此很難同時兼具高質(zhì)量活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性。
針對這一難題，研究人員借助于原子級別精細合成技術(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鉑基催化劑的穩(wěn)定性，設計并合成出了一種銠原子摻雜的鉑超細納米線催化劑，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)量活性性能損失達到72.3%，表明這種新型銠原子摻雜的鉑超細納米線催化劑具有明顯優(yōu)勢。
該成果近日發(fā)表在《美國化學會志》雜志上，論文的共同第一作者是中國科大合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室和化學與材料科學學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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