新质子交换膜燃料电池阴极催化剂省钱高效

近日，中国科学技术大学曾杰教授课题组与美国阿克伦大学彭振猛教授、上海应用物理研究所司锐教授合作，在质子交换膜燃料电池阴极催化剂研制方面取得重要进展。研究人员基于集团效应设计出一种铑原子掺杂的铂超细纳米线催化剂，这种催化剂在燃料电池阴极氧还原反应中表现出高活性和高稳定性，能够大幅节省贵金属铂的用量，推动清洁能源转换技术的商业化应用进程。研究成果日前发表在《美国化学会志》杂志上。

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)如氢燃料电池，被认为是在汽车动力电池以及和移动供电电源领域具有广阔前景的清洁能源转换技术。然而，其阴极氧还原反应需要大量贵金属铂作为催化剂，增加了相关部件的制造成本，从而限制了该技术的商业化。

提高铂催化剂在氧还原反应中的质量活性，可有效减少铂的用量，从而实现成本的降低。提升催化剂中铂利用率的策略层出不穷，许多已报道的铂基催化剂拥有卓越的质量活性，但是其中绝大部分催化剂的稳定性并不理想。

面对这一挑战，研究人员在通过调节铂基催化剂的维度来改变对称性和与碳负载的接触面积的同时，引入铑原子增强其稳定性。铑原子掺杂铂超细纳米线的直径仅有1.3纳米，其铂原子利用率高达48.6%。碳负载的铑原子掺杂铂基超细纳米线的质量活性和比活性分别达到了商用铂碳催化剂的7.8倍和5.4倍，同时该催化剂在氧气气氛下循环使用10000次后，只有9.2%的质量活性性能损失，而与之相对的商用铂碳催化剂在氧气气氛下循环使用10000次后，质量活性性能损失达到72.3%。