近日，我國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組與美國阿克倫大學(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)子交換膜燃料動力鋰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)計出一種銠原子摻雜的鉑超細(xì)納米線催化劑，在燃料動力鋰電池陰極氧化還原反應(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，推動了該清潔能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。該成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》雜志上。

質(zhì)子交換膜燃料動力鋰電池工作原理。（資料圖片）

質(zhì)子交換膜燃料動力鋰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(diǎn)，被認(rèn)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，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穩(wěn)定性往往并不可觀，這重要是因?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(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)計并合成出了一種銠原子摻雜的鉑超細(xì)納米線催化劑。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，該催化劑在氧氣氣氛下循環(huán)使用1萬次后，只損失了9.2%的質(zhì)量活性，遠(yuǎn)超目前商用鉑碳催化劑在同等情況下，質(zhì)量活性性能損失達(dá)72.3%的指標(biāo)。

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