深圳高交會丨中科嘉鴻甲醇燃料電池科技創(chuàng)新成果賦能新質(zhì)生產(chǎn)力
2024-11-20
企業(yè)動態(tài)
【動態(tài)】大連化物所揭示燃料電池鉑基氧還原反應(yīng)電催化劑的協(xié)同穩(wěn)定機制
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- 發(fā)布日期:2022-03-25
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近日，大連化物所醇類燃料電池及復(fù)合電能源研究中心（DNL0305組）孫公權(quán)研究員和王素力研究員團隊在高穩(wěn)定性鉑基氧還原反應(yīng)電催化劑研究方面取得新進展。該團隊報道了一種具有超高穩(wěn)定性的核殼結(jié)構(gòu)鉑銠合金（PtRh/Pt）氧還原反應(yīng)電催化劑，結(jié)合密度泛函理論（DFT）計算與AC-STEM、電化學(xué)等表征手段，揭示了該鉑銠合金電催化劑的核殼結(jié)構(gòu)的協(xié)同穩(wěn)定機制。
氧還原反應(yīng)的動力學(xué)速率較慢，在反應(yīng)中需要使用大量鉑基電催化劑。然而，鉑基電催化劑的成本高、穩(wěn)定性差，導(dǎo)致質(zhì)子交換膜燃料電池難以大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。近二十年來，研究人員通過構(gòu)建優(yōu)勢晶面和改變表面鉑原子電子結(jié)構(gòu)，開發(fā)出了高活性鉑基合金（PtM）以減少鉑用量。然而，這些合金電催化劑仍面臨耐久性不足的問題，其在工況下金屬組分發(fā)生溶解導(dǎo)致晶面破壞，以及由于表面鉑原子電子結(jié)構(gòu)的改變，從而導(dǎo)致質(zhì)量活性急速衰減。因此，設(shè)計一種金屬組分（包括Pt以及M）在工況下，均具有高度抗溶解性的超穩(wěn)定鉑基電催化劑仍具有挑戰(zhàn)性。
本工作中，該團隊通過油胺法制備出鉑銠合金電催化劑，并通過組分—結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析和DFT計算，發(fā)現(xiàn)鉑銠合金在1萬次加速耐久性測試循環(huán)過程中，可通過“自愈合”效應(yīng)形成理想的鉑殼層，該表層鉑原子的溶解能高于純鉑。此外，研究還發(fā)現(xiàn)銠原子偏析能明顯高于其它核殼結(jié)構(gòu)中的鈷和鎳，這種鉑銠合金核殼間的“協(xié)同效應(yīng)”也同時有效地抑制了鉑（Pt）和銠（Rh）的溶解，從而在長達(dá)9萬次的加速耐久性測試循環(huán)后，其半波電位僅負(fù)移約5mV、質(zhì)量活性仍保持88%。該鉑銠合金催化劑的穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于商品鉑炭催化劑，是迄今為止報道的耐久性最高的氧還原反應(yīng)鉑基電催化劑之一。該研究為設(shè)計高穩(wěn)定Pt基氧還原反應(yīng)電催化劑提供了重要思路。
相關(guān)研究成果以“Structural Evolution of a PtRh Nanodendrite Electrocatalyst and Its Ultrahigh Durability toward Oxygen Reduction Reaction”為題，發(fā)表在ACS Catalysis上。該工作的第一作者是大連化物所DNL0305組博士研究生安召。該研究得到國家自然科學(xué)基金重大研究計劃集成等項目的資助。（文/圖 安召）
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