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中科大:質(zhì)子交換膜燃料動力電池陰極催化劑研制獲進展

鉅大LARGE  |  點擊量:263次  |  2023年09月27日  

銠參雜鉑超細納米線的氧還原反應(yīng)性能


近日,我國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室和化學(xué)和材料科學(xué)學(xué)院曾杰教授課題組和美國Akron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(yīng)(ensembleeffect)設(shè)計出一種銠原子摻雜的鉑超細納米線催化劑,其在燃料動力電池陰極氧還原反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性。該成果以AchievingRemarkableActivityandDurabilitytowardOxygenReduction


ReactionBasedonUltrathinRh-DopedPtNanowires為題,發(fā)表在《美國化學(xué)會志》雜志上((J.Am.Chem.Soc.2017,139,8152−8159)),論文的共同第一作者是博士后黃宏文和博士研究生李衎。


質(zhì)子交換膜燃料動力電池(PEMFCs)被認(rèn)為是在運輸工具和移動設(shè)備的高效電力輸送中具有廣闊前景的清潔能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。然而,其陰極氧還原反應(yīng)由于動力學(xué)緩慢要大量貴金屬鉑作為催化劑,新增了相關(guān)部件的制造成本,從而限制了該技術(shù)的商業(yè)化。提高鉑催化劑在氧還原反應(yīng)中的質(zhì)量活性可有效減少鉑的用量,從而實現(xiàn)成本的降低。提升催化劑中鉑利用率的策略層出不窮,許多已報道的鉑基催化劑擁有卓越的質(zhì)量活性,但是其中絕大部分催化劑的穩(wěn)定性并不可觀。這些鉑基催化劑穩(wěn)定性不足重要歸結(jié)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,因此不能兼具高質(zhì)量活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性。


面對這一挑戰(zhàn),研究人員在通過調(diào)節(jié)鉑基催化劑的維度來改變對稱性和和碳負載的接觸面積的同時,引入銠原子增強其穩(wěn)定性。銠原子摻雜鉑超細納米線的直徑僅有1.3納米,其鉑原子利用率高達48.6%。碳負載的銠原子摻雜鉑基超細納米線的質(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,只有9.2%的質(zhì)量活性性能損失,而和之相對的商用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%。

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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

該項研究得到了中科院前沿科學(xué)重點研究項目、國家重大科學(xué)研究計劃、國家自然科學(xué)基金、博士后科學(xué)基金等項目的資助。


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