燃料電池最新Science：束狀Pt-Ni合金納米籠繼續提升高效ORR性能

木文韜 4年前 (2019-11-15) 12628瀏覽

【引言】

鉑（Pt）是燃料電池和金屬空氣電池中氧還原反應（ORR）最活躍的電催化劑，具有良好的穩定性。然而，目前最先進的Pt催化劑在成本和可獲得性方面仍然缺乏活性和穩定性。利用納米Pt合金的近表面組成來提高Pt基電催化劑的電催化性能是一種很有前途的方法，這種方法可以最大限度地暴露具有最佳性能的高活性位點。加入其他過渡金屬可以通過配體和應變效應改變Pt-O中間體的結合強度來提高催化性能。另外，一維（1D）納米結構及組裝體由于其固有的各向異性、更高的柔性和更高的導電性而表現出更高的穩定性。一維納米結構的各向異性使其與通常的碳載體有更大的表面接觸，從而具有更高的穩定性。然而，這些固態一維納米結構中含有大量的貴金屬，這限制了貴金屬的利用。為此，應當基于Pt的最佳利用效率（多孔納米結構），為ORR（化學合金化）提供良好的納米級化學環境，并在活性位點暴露優化結構設計Pt基的最佳ORR催化劑。

【成果簡介】

今日，在華中科技大學夏寶玉教授和南洋理工大學樓雄文教授團隊（共同通訊作者）帶領下，與海南大學、日本電氣通信大學、荷蘭埃因霍溫理工大學、南昌大學、廣東工業大學和華南理工大學合作，報道了一維束狀的鉑-鎳（Pt-Ni）合金納米籠，具有用于氧化還原反應的Pt皮結構，具有高質量活性（3.52?A/mg_Pt）和比活性（5.16?mA/cm²），比市售Pt/C催化劑高17到14倍。在50,000次循環后，該催化劑表現出高穩定性，而活性下降可忽略不計。實驗結果和理論計算均表明，由應變和配體效應引起的強鍵鉑-氧（Pt-O）位點較少。此外，通過該催化劑組裝的燃料電池在0.6?V下提供為1.5?A/cm²的電流密度，并可穩定運行至少180小時。相關成果以題為“Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells”發表在了Science上。