新型納米線催化劑有望使燃料電池大幅降價

記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心曾杰教授課題組與湖南大學黃宏文教授合作，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。該成果日前發(fā)表在《美國化學會志》雜志上。

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。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。

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。但其中絕大部分催化劑的穩(wěn)定性不夠。

面對這一難題，研究人員通過精細調(diào)控鉑基催化劑的維度、尺寸、組分，研制出超細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，碳負載的超細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)量活性性能損失達到73.7%。新型催化劑在質(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。