科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術大學獲悉，梁海偉教授與合作者發展了一種高溫“硫固體膠”的合成方法，成功研發出一系列高性能鉑基氫燃料電池催化劑，這一催化劑“家族”對于降低氫燃料電池成本，推動其大規模產業化具有重要意義。該成果10月22日發表在國際權威期刊《科學》雜志上。
氫燃料電池是一種高效、清潔、無碳的發電裝置，能高效地將化學能轉變成電能。然而，氫燃料電池陰極需要使用大量鉑基催化劑來催化氧還原反應。鉑是一種貴金屬，這就使得氫燃料電池的造價非常昂貴。發展高活性催化劑、減少鉑使用量，是氫燃料電池大規模商業化的關鍵所在。
梁海偉教授聯合團隊通過高溫“硫固體膠”的合成方法，利用硫原子與鉑原子之間強烈的相互作用，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。基于構建的龐大催化劑“家族”，他們研究發現鉑基合金催化活性與其表面應力存在強關聯性。基于該發現，他們預測若能通過減小鉑合金催化劑的晶格參數增大壓縮應變，有望將催化性能進一步推向峰值。
研究人員從合成的46種催化劑“家族”中篩選出數種高活性催化劑，使得氫燃料電池性能達到了目前世界先進水平。和商業鉑碳催化劑相比，他們所合成的鉑鎳合金催化劑的活性高5倍以上。當鉑的使用量只有商業鉑碳催化劑的十分之一時，他們所合成的鉑鈷合金催化劑表現出與商業鉑碳催化劑相當的燃料電池性能。
審稿人認為，“這項研究展示的尺寸小于5 納米的金屬間化合物納米顆粒對催化應用至關重要……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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