科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，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”對于降低氫燃料電池成本，推動其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。該成果10月22日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學》雜志上。
氫燃料電池是一種高效、清潔、無碳的發(fā)電裝置，能高效地將化學能轉(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(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(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力存在強關(guān)聯(lián)性?；谠摪l(fā)現(xiàn)，他們預測若能通過減小鉑合金催化劑的晶格參數(shù)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(shù)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(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。當鉑的使用量只有商業(yè)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(xiàn)出與商業(yè)鉑碳催化劑相當?shù)娜剂想姵匦阅堋?/span>
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(guān)重要……令人印象深刻?！绷汉ケ硎?，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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