近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組與美國阿克倫大學(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)子交換膜燃料電池陰極催化劑研制方面取得重要進(jìn)展。研究人員基于集團(tuán)效應(yīng)設(shè)計(jì)出一種銠原子摻雜的鉑超細(xì)納米線催化劑，在燃料電池陰極氧化還原反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性，從而能夠大幅節(jié)省貴金屬鉑的用量，推動(dòng)了該清潔能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。該成果發(fā)表在美國某雜志上。

質(zhì)子交換膜燃料電池電源是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源，具有工作溫度低、啟動(dòng)快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為電動(dòng)汽車、固定發(fā)電站等的首選能源。該技術(shù)研發(fā)數(shù)十年，一直未能大范圍推廣，除存在穩(wěn)定性、耐久性等問題，高昂成本也是商業(yè)化的瓶頸。

此前，許多已報(bào)道的鉑基催化劑穩(wěn)定性往往并不可觀，這主要是因?yàn)楦叩馁|(zhì)量活性所依賴的催化劑納米結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性通常存在問題，因此很難同時(shí)兼具高質(zhì)量活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性。

針對(duì)這一難題，研究人員借助于原子級(jí)別精細(xì)合成技術(shù)，一方面，通過提高鉑基催化劑中的鉑原子的分散度來實(shí)現(xiàn)高的質(zhì)量活性，另一方面，通過調(diào)節(jié)鉑基催化劑的維度以及引入銠原子來增強(qiáng)鉑基催化劑的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)并合成出了一種銠原子摻雜的鉑超細(xì)納米線催化劑。研究結(jié)果表明，這種新型催化劑的質(zhì)量活性和比活性分別達(dá)到了商用鉑碳催化劑的 7.8 倍和 5.4 倍;同時(shí)，該催化劑在氧氣氣氛下循環(huán)使用 1 萬次后，只損失了 9.2% 的質(zhì)量活性，遠(yuǎn)超目前商用鉑碳催化劑在同等情況下，質(zhì)量活性性能損失達(dá) 72.3% 的指標(biāo)。