中國科大發(fā)明超薄鉑鎳合金高效納米催化劑

文//楊保國

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室曾杰課題組與美國阿克倫大學(xué)教授彭振猛合作，通過在鈀納米晶上生長超薄鉑鎳合金原子層的方法，成功研制出鈀—鉑鎳核殼納米催化劑。該催化劑具有很高的鉑原子利用率，在催化質(zhì)子交換膜燃料電池陰極氧還原反應(yīng)中表現(xiàn)良好。相關(guān)成果日前發(fā)表于《美國化學(xué)會志》。

近年來，以質(zhì)子交換膜燃料電池為代表的新型清潔能源受到廣泛關(guān)注。但該技術(shù)存在很多瓶頸，尤其是針對電池陰極的氧還原反應(yīng)催化劑活性和穩(wěn)定性較低，制約了電池的輸出功率和充放電循環(huán)次數(shù)，從而阻礙了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化進程。

曾杰課題組設(shè)計并研制出一種具有超薄鉑鎳合金原子層的核殼型納米催化劑，并實現(xiàn)了對鉑鎳原子比例的調(diào)控。這種核殼型納米催化劑的內(nèi)部為一種低催化活性但非常穩(wěn)定的鈀核，外部為一種高催化活性的鉑鎳合金，使其不僅具有極高的鉑原子利用率，還兼具氧還原反應(yīng)所需的高活性表面晶面。

研究表明，該催化劑對于質(zhì)子交換膜燃料電池陰極氧還原反應(yīng)的活性高達0.79 千安培每克，約為目前商用鉑碳催化劑的5倍。此外，由于這種新型催化劑內(nèi)部存在較為穩(wěn)定的鈀核，使其整體穩(wěn)定性大幅度提高，在循環(huán)充放電測試6000次后，未見性能有顯著降低。