科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒
記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，梁海偉教授與合作者發(fā)展了一種高溫“硫固體膠”的合成方法，成功研發(fā)出一系列高性能鉑基氫燃料電池催化劑，這一催化劑“家族”對(duì)于降低氫燃料電池成本，推動(dòng)其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。該成果10月22日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《科學(xué)》雜志上。
氫燃料電池是一種高效、清潔、無(wú)碳的發(fā)電裝置，能高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。然而，氫燃料電池陰極需要使用大量鉑基催化劑來(lái)催化氧還原反應(yīng)。鉑是一種貴金屬，這就使得氫燃料電池的造價(jià)非常昂貴。發(fā)展高活性催化劑、減少鉑使用量，是氫燃料電池大規(guī)模商業(yè)化的關(guān)鍵所在。
梁海偉教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過(guò)高溫“硫固體膠”的合成方法，利用硫原子與鉑原子之間強(qiáng)烈的相互作用，如固體膠般將鉑基合金納米顆粒在高溫下“粘”在碳載體上，有效防止了納米顆粒在高溫下尺寸變大，成功制備了46種鉑基合金燃料電池催化劑。基于構(gòu)建的龐大催化劑“家族”，他們研究發(fā)現(xiàn)鉑基合金催化活性與其表面應(yīng)力存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。基于該發(fā)現(xiàn)，他們預(yù)測(cè)若能通過(guò)減小鉑合金催化劑的晶格參數(shù)增大壓縮應(yīng)變，有望將催化性能進(jìn)一步推向峰值。
研究人員從合成的46種催化劑“家族”中篩選出數(shù)種高活性催化劑，使得氫燃料電池性能達(dá)到了目前世界先進(jìn)水平。和商業(yè)鉑碳催化劑相比，他們所合成的鉑鎳合金催化劑的活性高5倍以上。當(dāng)鉑的使用量只有商業(yè)鉑碳催化劑的十分之一時(shí)，他們所合成的鉑鈷合金催化劑表現(xiàn)出與商業(yè)鉑碳催化劑相當(dāng)?shù)娜剂想姵匦阅堋?/span>
審稿人認(rèn)為，“這項(xiàng)研究展示的尺寸小于5 納米的金屬間化合物納米顆粒對(duì)催化應(yīng)用至關(guān)重要……令人印象深刻。”梁海偉表示，他們制備高性能鉑合金氫燃料電池催化劑的方法是一種普適性方法，有望大幅降低鉑使用量，從而降低燃料電池成本。
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