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納米籠催化劑保障燃料電池超長穩定運行時間

汽車玩家 ? 來源:蓋世汽車 ? 作者:Elisha ? 2019-11-21 17:11 ? 次閱讀

據外媒報道,國際研究小組合成具有鉑皮結構的一維串狀鉑鎳合金納米籠,用作燃料電池中氧還原反應的催化劑。這種納米籠催化劑的質量活性高達每毫克鉑3.52安培,比活性也很高,達到每平方厘米鉑5.16安培,幾乎分別是商用鉑碳催化劑的17倍和14倍。

該催化劑經過5萬次循環后,表現出高穩定性,幾乎沒有任何活性衰減。實驗結果和理論計算表明,應變和配體效應導致的強鍵合鉑氧位點較少。在這種催化劑的支持下,燃料電池在0.6V電壓下的電流密度達1.5A/cm2,并能穩定運行至少180小時。

在燃料電池和金屬空氣電池中,鉑是最活躍的氧還原反應電催化劑,具有良好的穩定性。然而,從成本和大規模商業應用方面考慮,哪怕是目前最先進的鉑催化劑,其活性和穩定性仍然不足。利用納米鉑合金的近表面結構,來提高鉑基電催化劑的電催化性能,這種方法非常有前景,可以最大限度地發現具有最佳性能的高活性位點。研究人員稱:“加入其他過渡金屬,通過配體和應變效應,調整鉑-氧中間體的結合強度,可以提高催化劑性能。引入中空和多孔納米顆粒等開放納米結構,如納米籠和納米框架結構,有助于實現這一目標,并提升質量傳遞。”

為了制備納米籠,研究小組首先通過一鍋溶劑熱法,按不同比例減少鉑和鎳前驅體,制備一維串狀的鉑-鎳合金納米籠(BNSs)。在酸性條件下進行處理,有選擇性地去除鎳種,留下由鉑皮和殘留的鉑鎳合金組成的超薄壁1D Pt-Ni BNCs。

研究人員表示:“本項研究提供合理設計鉑合金納米結構的有效策略,有助于為催化劑在能源轉化等領域的實際應用提供指導。”

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