燃料电池最新Science：束状Pt-Ni合金纳米笼继续提升高效ORR性能

木文韬 4年前 (2019-11-15) 13373浏览

【引言】

铂（Pt）是燃料电池和金属空气电池中氧还原反应（ORR）最活跃的电催化剂，具有良好的稳定性。然而，目前最先进的Pt催化剂在成本和可获得性方面仍然缺乏活性和稳定性。利用纳米Pt合金的近表面组成来提高Pt基电催化剂的电催化性能是一种很有前途的方法，这种方法可以最大限度地暴露具有最佳性能的高活性位点。加入其他过渡金属可以通过配体和应变效应改变Pt-O中间体的结合强度来提高催化性能。另外，一维（1D）纳米结构及组装体由于其固有的各向异性、更高的柔性和更高的导电性而表现出更高的稳定性。一维纳米结构的各向异性使其与通常的碳载体有更大的表面接触，从而具有更高的稳定性。然而，这些固态一维纳米结构中含有大量的贵金属，这限制了贵金属的利用。为此，应当基于Pt的最佳利用效率（多孔纳米结构），为ORR（化学合金化）提供良好的纳米级化学环境，并在活性位点暴露优化结构设计Pt基的最佳ORR催化剂。

【成果简介】

今日，在华中滚球体育大学夏宝玉教授和南洋理工大学楼雄文教授团队（共同通讯作者）带领下，与海南大学、日本电气通信大学、荷兰埃因霍温理工大学、南昌大学、广东工业大学和华南理工大学合作，报道了一维束状的铂-镍（Pt-Ni）合金纳米笼，具有用于氧化还原反应的Pt皮结构，具有高质量活性（3.52 A/mg_Pt）和比活性（5.16 mA/cm²），比市售Pt/C催化剂高17到14倍。在50,000次循环后，该催化剂表现出高稳定性，而活性下降可忽略不计。实验结果和理论计算均表明，由应变和配体效应引起的强键铂-氧（Pt-O）位点较少。此外，通过该催化剂组装的燃料电池在0.6 V下提供为1.5 A/cm²的电流密度，并可稳定运行至少180小时。相关成果以题为“Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells”发表在了Science上。