新型纳米线催化剂有望使燃料电池大幅降价

本报合肥12月5日电(记者)记者从中国科技大学获悉，该校合肥国家微尺度材料科学研究中心曾杰教授课题组与湖南大学黄教授合作开发了一种具有优异催化活性和稳定性的质子交换膜燃料电池阴极催化剂。该结果最近发表在《美国化学学会杂志》上。

质子交换膜燃料电池具有零排放、高能效、功率可调等优点。它是未来电动汽车最理想的驱动电源。然而，质子交换膜燃料电池阴极端的氧还原反应动力学非常慢，并且需要使用大量贵金属铂纳米催化剂作为电极催化剂来维持电池的有效运行，这使得质子交换膜燃料电池的成本非常高，并且限制了它们的大规模商业应用。

在铂基催化剂中，提高氧还原反应中铂基催化剂的质量活性和催化稳定性是降低贵金属铂含量的一种途径。然而，大多数催化剂不够稳定。

面对这一难题，研究者们通过微调铂基催化剂的尺寸、大小和组分，开发出了超细铂-镍-铑三元金属纳米线催化剂。由于纳米线的直径只有一纳米，纳米线表面的铂原子与总铂原子的比例高于50%，表现出极高的原子利用率，为高催化质量活性提供了结构基础。

氧还原催化试验表明，碳载超细铂-镍-铑三元金属纳米线催化剂的质量活性是目前市售铂-碳纳米线催化剂的15.2倍。同时，催化剂在氧气气氛中循环10000次后，质量活性性能损失仅为12.8%，而目前市售的碳载铂纳米催化剂在氧气气氛中循环10000次后，质量活性性能损失达到73.7%。新催化剂的质量活性和催化稳定性显著提高，显示出良好的应用潜力。