PEMFC陰極催化劑研究取得重要進展

據合肥微尺度物質科學國家研究中心報道：jinri
，zhongguokexuejishudaxuehefeiweichiduwuzhikexueguojiayanjiuzhongxinhehuaxueyucailiaokexuexueyuandezengjiejiaoshouketizuyuhunandaxuehuanghongwenjiaoshouhezuo
，yanzhileyizhongjianjuyouyidecuihuahuoxingjiwendingxingdezhizijiaohuanmoranliaodianchi（PEMFC）陰極催化劑。該成果以“One-Nanometer-Thick PtNiRh Trimetallic Nanowires with Enhanced Oxygen Reduction Electrocatalysis in Acid Media: Integrating Multiple Advantages into One Catalyst”為題發表在《美國化學會誌》雜誌上(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 16159-16167)
，論文的共同第一作者為博士研究生李衎和李星星博士。

一維超細鉑基金屬納米線的微結構及氧還原催化反應性能

質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)具(ju)有(you)零(ling)排(pai)放(fang)，能(neng)量(liang)效(xiao)率(lv)高(gao)，功(gong)率(lv)可(ke)調(tiao)等(deng)優(you)點(dian)，是(shi)未(wei)來(lai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)中(zhong)最(zui)理(li)想(xiang)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)源(yuan)
，具(ju)有(you)廣(guang)闊(kuo)的(de)市(shi)場(chang)前(qian)景(jing)。但(dan)是(shi)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)陰(yin)極(ji)端(duan)氧(yang)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)的(de)動(dong)力(li)學(xue)十(shi)分(fen)緩(huan)慢(man)
，需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)大(da)量(liang)貴(gui)金(jin)屬(shu)鉑(bo)納(na)米(mi)催(cui)化(hua)劑(ji)作(zuo)為(wei)電(dian)極(ji)催(cui)化(hua)劑(ji)來(lai)維(wei)持(chi)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)高(gao)效(xiao)運(yun)轉(zhuan)
，這(zhe)使(shi)得(de)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)成(cheng)本(ben)十(shi)分(fen)高(gao)昂(ang)，限(xian)製(zhi)了(le)其(qi)大(da)規(gui)模(mo)商(shang)業(ye)化(hua)應(ying)用(yong)。為(wei)此(ci)
，減(jian)少(shao)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)中(zhong)貴(gui)金(jin)屬(shu)鉑(bo)的(de)用(yong)量(liang)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)意(yi)義(yi)。在(zai)鉑(bo)基(ji)催(cui)化(hua)劑(ji)中(zhong)，提(ti)高(gao)鉑(bo)基(ji)催(cui)化(hua)劑(ji)在(zai)氧(yang)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)中(zhong)的(de)質(zhi)量(liang)活(huo)性(xing)以(yi)及(ji)催(cui)化(hua)穩(wen)定(ding)性(xing)是(shi)降(jiang)低(di)貴(gui)金(jin)屬(shu)鉑(bo)用(yong)量(liang)的(de)途(tu)徑(jing)。目(mu)前(qian)
，許(xu)多(duo)已(yi)報(bao)道(dao)的(de)鉑(bo)基(ji)催(cui)化(hua)劑(ji)擁(yong)有(you)卓(zhuo)越(yue)的(de)質(zhi)量(liang)活(huo)性(xing)，但(dan)是(shi)其(qi)中(zhong)絕(jue)大(da)部(bu)分(fen)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)並(bing)不(bu)可(ke)觀(guan)，這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)高(gao)質(zhi)量(liang)活(huo)性(xing)所(suo)依(yi)賴(lai)的(de)結(jie)構(gou)在(zai)熱(re)力(li)學(xue)不(bu)能(neng)夠(gou)穩(wen)定(ding)存(cun)在(zai)
，研(yan)製(zhi)兼(jian)具(ju)高(gao)質(zhi)量(liang)活(huo)性(xing)和(he)優(you)良(liang)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)鉑(bo)基(ji)催(cui)化(hua)劑(ji)極(ji)具(ju)挑(tiao)戰(zhan)。

麵對這一難題，中科大和湖南大學研究團隊通過精細調控鉑基催化劑的維度、尺寸
、以及組分
，研製了超細的鉑鎳銠三元金屬納米線催化劑。由於該納米線的直徑僅有一納米，其表麵鉑原子占整體鉑原子比率高於50%
，展(zhan)現(xian)了(le)超(chao)高(gao)的(de)原(yuan)子(zi)利(li)用(yong)率(lv)
，為(wei)高(gao)的(de)催(cui)化(hua)質(zhi)量(liang)活(huo)性(xing)提(ti)供(gong)了(le)結(jie)構(gou)基(ji)礎(chu)。氧(yang)還(hai)原(yuan)催(cui)化(hua)測(ce)試(shi)表(biao)明(ming)，碳(tan)負(fu)載(zai)的(de)超(chao)細(xi)鉑(bo)鎳(nie)銠(lao)三(san)元(yuan)金(jin)屬(shu)納(na)米(mi)線(xian)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)質(zhi)量(liang)活(huo)性(xing)是(shi)商(shang)用(yong)鉑(bo)碳(tan)納(na)米(mi)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)15.2倍。與此同時，碳負載的超細鉑鎳銠三元金屬納米線催化劑在氧氣氣氛下循環使用10000次後，隻有12.8%的質量活性性能損失，而與之相對的商用Pt/C催化劑在氧氣氣氛下循環使用10000次後，質量活性性能損失達到了73.7%。xiangjiaoyushangyebotannamicuihuaji，tanfuzaidechaoxibonielaosanyuanjinshunamixiancuihuajizaizhilianghuoxingyijicuihuawendingxingfangmiandouyouxianzhudetigao，zhanxianlehenhaodeyingyongqianli。

該項研究得到了中科院前沿科學重點研究項目、國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金、博士後科學基金等項目的資助。

附論文鏈接：pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.8b08836