用于燃料電池陰極反應的高效納米催化劑研究取得重要進展

    鋰電世界  近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室和化學與材料科學學院的曾杰教授課題組與美國Akron大學的彭振猛教授合作，在質子交換膜燃料電池陰極催化劑的研制方面取得重要進展。研究人員通過在鈀納米晶上外延生長超薄鉑鎳合金原子層的方法，成功構筑了Pd@PtNi核殼納米催化劑。該催化劑具有很高的鉑原子利用率，在催化質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應中表現不俗。該成果以“Octahedral Pd@Pt1.8Ni Core-shell Nanocrystals with Ultrathin PtNi Alloy Shells as Active Catalysts for Oxygen Reduction Reaction”為題發表在《美國化學會志》雜志上[J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2804-2807]，論文的第一作者是中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室2013級碩士生趙旭。

具有超薄鉑鎳合金原子層的新型納米催化劑（左）及其在催化氧還原反應中的鉑原子單位質量活性（右）

    近年來，隨著化石能源的消耗與環境污染的加劇，以質子交換膜燃料電池為代表的新型清潔能源的研究和應用受到廣泛關注。但是，該項技術還存在著不小的技術瓶頸，主要表現在針對電池陰極的氧還原反應催化劑活性和穩定性較低，進而阻礙了質子交換膜燃料電池的商業化進程。
 
    面對這一挑戰，曾杰教授課題基于對晶體生長理論的深刻認識，設計并構筑出一種具有超薄鉑鎳合金原子層的核殼型納米催化劑，并在一定范圍內實現了對鉑鎳原子比例的調控。這種新型納米催化劑不僅具有極高的鉑原子利用率，還兼具氧還原反應所需要的高活性表面晶面。研究表明，該催化劑對于質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應的鉑原子單位質量活性高達0.79 A/mg，約為目前商用鉑碳催化劑的5倍之高，且在循環使用6000次后，性能未見顯著降低。該項研究成果為開發新一代的燃料電池催化劑提供了新思路。
 
    該項研究得到了科技部青年973計劃、國家自然科學基金、國家青年千人計劃等項目的資助。