科學家們發現活性高而且穩定的新燃料電池催化劑，鉑用量僅為目前材料的四分之一

2021-05-03 19:11:44 編輯：來源：

導讀科學家們發現活性高而且穩定的新燃料電池催化劑，鉑用量僅為目前材料的四分之一。鉑是促進燃料電池反應的必要元素。然而，這種貴金屬稀有又

科學家們發現活性高而且穩定的新燃料電池催化劑，鉑用量僅為目前材料的四分之一。鉑是促進燃料電池反應的必要元素。然而，這種貴金屬稀有又昂貴。在此次研究中，鉑鈷顆粒與不含貴金屬的載體相互作用，有助于提高性能。

質子交換膜燃料電池(PEMFC)的效能高，代表著未來的輕型和重型汽車動力總成方式。在汽車工業中，從內燃機跨越到燃料電池，需要降低材料成本，提升電池性能。新催化劑的鉑用量明顯降低，從而降低成本。從性能上看，使用新材料的燃料電池也超過美國能源部多項2025年目標。

如何降低催化劑中的鉑含量，同時保持活性和穩定性，成為關注重點。目前在PEMFC電池的多種催化反應中，鉑發揮著關鍵作用，包括分解氧氣生成水。美國能源部科學用戶設施辦公室——阿貢國家實驗室納米材料中心(CNM)的科學家們，與阿貢、普渡大學和上海交通大學的科學家和工程師們，正在聯手推進這項研究。

該團隊共同開辟一種協同催化系統，含有鉑鈷納米顆粒和無鉑基金屬(PGM-free)基體。在合成過程中，將含鈷多孔金屬有機骨架轉化為含鈷、氮和碳的催化活性基體，由納米金屬晶體修飾，然后加入鉑，形成具有核殼結構的鉑鈷納米粒子，這一結構可通過電子顯微鏡觀察到。按分量計算，這些催化劑只含有約3%的鉑，而商用燃料電池催化劑中含有20%至30%的鉑。研究小組評估運行中PEMFC電池的催化劑性能。結果表明，催化活性顯著提高(數值為1.08 - 1.77 A mgPt-1，超過美國能源部2025年的目標0.44 A mgPt-1)，持久性顯著提高(在3萬次電壓循環后，仍保持高達初始值的64%)。計算模型顯示，鉑鈷納米粒子與無PGM位點之間的相互作用，有助于提升催化劑性能。

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