刘春娜

燃料电池催化剂研究动态

刘春娜

近年来，燃料电池已经成为解决目前化石类燃料燃烧发电效率低和污染环境的有效手段之一，成为国际上清洁能源领域的研究热点。但是，该项技术还存在着不小的技术瓶颈，其催化剂就一直是阻碍燃料电池的商业化进程的难题，铂等贵金属作为催化剂虽然提高了燃料电池效率，但它们昂贵且稀有，因此燃料电池催化剂理所当然地成为人们研究的热点。

中国科学技术大学课题组与美国Akron大学合作，通过在钯纳米晶上外延生长超薄铂镍合金原子层的方法，成功构筑了Pd@PtNi核壳纳米催化剂。该催化剂具有很高的铂原子利用率，在催化质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中表现不俗。研究人员基于对晶体生长理论的深刻认识，设计并构筑出一种具有超薄铂镍合金原子层的核壳型纳米催化剂，并在一定范围内实现了对铂镍原子比例的调控。这种新型纳米催化剂不仅具有极高的铂原子利用率，还兼具氧还原反应所需要的高活性表面晶面。研究表明，该催化剂对于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应的铂原子单位质量活性高达0.79 A/mg，约为目前商用铂碳催化剂的5倍，且在循环使用6 000次后，性能未见显著降低。

中国科学院大连化学物理研究所及相关机构的研究人员在长期研究碳纳米催化材料的基础上，利用SBA-15的孔道对金属纳米颗粒尺寸的限域作用，通过化学气相沉积法成功实现了均一的单层石墨烯壳层封装3d过渡金属及其合金纳米粒子，所制得的单层石墨烯封装铁镍合金催化剂的活性和稳定性均优于商品的IrO2催化剂。……