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具有高穩定性和活性的Rh摻雜Pt超細納米線

發布者:admin時間:2017/9/20瀏覽量: 1368

近日,中國科技大學化學與材料科學學院曾杰教授課題組與美國Akron大學的彭振猛教授、上海應用物理所的司銳教授合作,在質子交換膜燃料電池陰極催化劑的研制方面取得重要進展。研究人員結合鉑(Pt)原子高利用率、各向異性一維納米結構、銠(Rh)原子摻雜等特點設計了一種同時實現高活性和高穩定性的氧還原反應(ORR)催化劑。該成果以“Achieving Remarkable Activity and Durability toward Oxygen Reduction Reaction Based on Ultrathin Rh-Doped Pt Nanowires”為題發表在《美國化學會志》雜志上((J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8152−8159)),論文的共同第一作者是博士后黃宏文和博士研究生李衎。
 
Rh參雜Pt超細納米線的氧還原反應性能 
 
  質子交換膜燃料電池(PEMFCs)是被認為在運輸工具和移動設備的高效電力輸送中具有廣闊前景的清潔能源轉換技術。然而,其陰極氧還原反應由于動力學緩慢需要大量貴金屬Pt作為催化劑,增加了相關部件的制造成本,從而限制了該技術的商業化。提高Pt催化劑在ORR中的質量活性可有效減少Pt的用量,從而實現成本的降低。提升催化劑中Pt利用率的策略層出不窮,許多已報道的Pt基催化劑擁有卓越的質量活性,但是其中絕大部分催化劑的穩定性并不可觀。這些Pt基催化劑穩定性不足主要歸結于高質量活性所依賴的結構在熱力學不能夠穩定存在,因此不能兼具高質量活性和優良的穩定性。
 
  面對這一挑戰,研究人員通過調節Pt基催化劑的維度來改變對稱性和與碳負載的接觸面積的同時,引入Rh增強其穩定性。Rh摻雜Pt超細納米線的直徑僅有1.3 nm,其Pt原子利用率高達48.6%。碳負載的Rh摻雜Pt基超細納米線的質量活性和比活性分別達到了商用Pt/C催化劑的7.8倍和5.4倍,同時該催化劑在氧氣氣氛下循環使用10000次后,只有9.2%的質量活性性能損失,而與之相對的商用Pt/C催化劑在氧氣氣氛下循環使用10000次后,質量活性性能損失達到了72.3%。
 
  該項研究得到了中科院前沿科學重點研究項目、國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金、博士后科學基金等項目的資助。
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