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【動(dòng)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(jī)制

  • 分類(lèi):行業(yè)新聞
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  • Fuente:
  • 發(fā)布日期:2022-03-25
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[Descripción resumida]

【動(dòng)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(jī)制

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Detalles
      近日，大連化物所醇類(lèi)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(tuán)隊(duì)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(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)報(bào)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(jì)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(jī)制。
 

      氧還原反應(yīng)的動(dòng)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(lái)，研究人員通過(guò)構(gòu)建優(yōu)勢(shì)晶面和改變表面鉑原子電子結(jié)構(gòu)，開(kāi)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(wèn)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(jì)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(tuán)隊(duì)通過(guò)油胺法制備出鉑銠合金電催化劑，并通過(guò)組分—結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析和DFT計(jì)算，發(fā)現(xiàn)鉑銠合金在1萬(wàn)次加速耐久性測(cè)試循環(huán)過(guò)程中，可通過(guò)“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(shí)有效地抑制了鉑（Pt）和銠（Rh）的溶解，從而在長(zhǎng)達(dá)9萬(wàn)次的加速耐久性測(cè)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(bào)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(jì)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(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃集成等項(xiàng)目的資助。（文/圖 安召）
 
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