鋰電世界  近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院的曾杰教授課題組與美國Akron大學(xué)的彭振猛教授合作，在質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑的研制方面取得重要進(jìn)展。研究人員通過在鈀納米晶上外延生長超薄鉑鎳合金原子層的方法，成功構(gòu)筑了Pd@PtNi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)不俗。該成果以“Octahedral Pd@Pt1.8Ni Core-shell Nanocrystals with Ultrathin PtNi Alloy Shells as Active Catalysts for Oxygen Reduction Reaction”為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》雜志上[J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2804-2807]，論文的第一作者是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室2013級碩士生趙旭。

具有超薄鉑鎳合金原子層的新型納米催化劑（左）及其在催化氧還原反應(yīng)中的鉑原子單位質(zhì)量活性（右）

    近年來，隨著化石能源的消耗與環(huán)境污染的加劇，以質(zhì)子交換膜燃料電池為代表的新型清潔能源的研究和應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。但是，該項技術(shù)還存在著不小的技術(shù)瓶頸，主要表現(xiàn)在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，進(jìn)而阻礙了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。
 
    面對這一挑戰(zhàn)，曾杰教授課題基于對晶體生長理論的深刻認(rèn)識，設(shè)計并構(gòu)筑出一種具有超薄鉑鎳合金原子層的核殼型納米催化劑，并在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)了對鉑鎳原子比例的調(diào)控。這種新型納米催化劑不僅具有極高的鉑原子利用率，還兼具氧還原反應(yīng)所需要的高活性表面晶面。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)的鉑原子單位質(zhì)量活性高達(dá)0.79 A/mg，約為目前商用鉑碳催化劑的5倍之高，且在循環(huán)使用6000次后，性能未見顯著降低。該項研究成果為開發(fā)新一代的燃料電池催化劑提供了新思路。
 
    該項研究得到了科技部青年973計劃、國家自然科學(xué)基金、國家青年千人計劃等項目的資助。