中国科大发明超薄铂镍合金高效纳米催化剂

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室曾杰课题组与美国阿克伦大学教授彭振猛合作, 通过在钯纳米晶上生长超薄铂镍合金原子层的方法, 成功研制出钯—铂镍核壳纳米催化剂。该催化剂具有很高的铂原子利用率, 在催化质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中表现良好。相关成果日前发表于《美国化学会志》。

近年来, 以质子交换膜燃料电池为代表的新型清洁能源受到广泛关注。但该技术存在很多瓶颈, 尤其是针对电池阴极的氧还原反应催化剂活性和稳定性较低, 制约了电池的输出功率和充放电循环次数, 从而阻碍了质子交换膜燃料电池的商业化进程。

曾杰课题组设计并研制出一种具有超薄铂镍合金原子层的核壳型纳米催化剂, 并实现了对铂镍原子比例的调控。这种核壳型纳米催化剂的内部为一种低催化活性但非常稳定的钯核, 外部为一种高催化活性的铂镍合金, 使其不仅具有极高的铂原子利用率, 还兼具氧还原反应所需的高活性表面晶面。

研究表明, 该催化剂对于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应的活性高达0.79千安培每克, 约为目前商用铂碳催化剂的5倍。此外, 由于这种新型催化剂内部存在较为稳定的钯核, 使其整体稳定性大幅度提高, 在循环充放电测试6000次后, 未见性能有显著降低。