中國科大發(fā)明超薄鉑鎳合金高效納米催化劑

文//楊保國

中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室曾杰課題組與美國阿克倫大學教授彭振猛合作，通過在鈀納米晶上生長超薄鉑鎳合金原子層的方法，成功研制出鈀—鉑鎳核殼納米催化劑。該催化劑具有很高的鉑原子利用率，在催化質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應中表現(xiàn)良好。相關成果日前發(fā)表于《美國化學會志》。

近年來，以質子交換膜燃料電池為代表的新型清潔能源受到廣泛關注。但該技術存在很多瓶頸，尤其是針對電池陰極的氧還原反應催化劑活性和穩(wěn)定性較低，制約了電池的輸出功率和充放電循環(huán)次數(shù)，從而阻礙了質子交換膜燃料電池的商業(yè)化進程。

曾杰課題組設計并研制出一種具有超薄鉑鎳合金原子層的核殼型納米催化劑，并實現(xiàn)了對鉑鎳原子比例的調控。這種核殼型納米催化劑的內部為一種低催化活性但非常穩(wěn)定的鈀核，外部為一種高催化活性的鉑鎳合金，使其不僅具有極高的鉑原子利用率，還兼具氧還原反應所需的高活性表面晶面。

研究表明，該催化劑對于質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應的活性高達0.79 千安培每克，約為目前商用鉑碳催化劑的5倍。此外，由于這種新型催化劑內部存在較為穩(wěn)定的鈀核，使其整體穩(wěn)定性大幅度提高，在循環(huán)充放電測試6000次后，未見性能有顯著降低。