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                研究人员制高效催化剂 燃料电池稳定运行180小时

                发布时间: 2019-11-22     来源: 能源界

                据外媒报道,国际研究小组合成具有铂皮结构的一维串状铂镍合金纳米笼,用作燃料电池中氧还原反应的催化剂。这种纳米笼催化剂的质量活性高达每毫克铂3.52安培,比活性也很高,达到每平方厘米铂5.16安培,几乎分别是商用铂碳催化剂的17倍和14倍。

                该催化剂经过5万次循环后,表现出高稳定性,几乎没有任何活性衰减。实验结果和理论计算表明,应变和配体效应导致的强键合铂氧位点较少。在这种催化剂的支持下,燃料电池在0.6V电压下的电流密度达1.5A/cm2,并能稳定运行至少180小时。

                在燃料电池和金属空气电池中,铂是最活跃的氧还原反应电催化剂,具有良好的稳定性。然而,从成本和大规模商业应用方面考虑,哪怕是目前最先进的铂催化剂,其活性和稳定性仍然不足。利用纳米铂合金的近表面结构,来提高铂基电催化剂的电催化性能,这种方法非常有前景,可以最大限度地发现具有最佳性能的高活性位点。研究人员称:加入其他过渡金属,通过配体和应变效应,调整铂-氧中间体的结合强度,可以提高催化剂性能。引入中空和多孔纳米颗粒等开放纳米结构,如纳米笼和纳米框架结构,有助于实现这一目标,并提升质量传递。

                为了制备纳米笼,研究小组首先通过一锅溶剂热法,按不同比例减少铂和镍前驱体,制备一维串状的铂-镍合金纳米笼(BNSs)。在酸性条件下进行处理,有选择性地去除镍种,留下由铂皮和残留的铂镍合金组成的超薄壁1D Pt-Ni BNCs

                研究人员表示:本项研究提供合理设计铂合金纳米结构的有效策略,有助于为催化剂在能源转化等领域的实际应用提供指导。