燃料電池鉑催化劑研究獲突破 將大幅降低電池成本
燃料電池汽車(chē)因零排放和高能效而備受關(guān)注，卻因燃料電池價(jià)格高昂而推廣受阻，其中一個(gè)重要原因在于燃料電池需要昂貴的鉑作催化劑。近日有國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出表面呈鋸齒狀的超細(xì)鉑納米線催化劑，大大增加了燃料電池催化劑的表面活性和比表面積。
由湖南大學(xué)和清華大學(xué)訪學(xué)教授、加州大學(xué)洛杉磯分校化學(xué)系教授段鑲鋒及該校材料系教授黃昱領(lǐng)導(dǎo)的包括中國(guó)、美國(guó)及意大利科學(xué)家在內(nèi)的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出表面呈鋸齒狀的超細(xì)鉑納米線催化劑，大大增加了燃料電池催化劑的表面活性和比表面積，將其總體催化活性提升了50多倍。該成果于11月18日凌晨在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。
燃料電池汽車(chē)因零排放和高能效而備受關(guān)注，卻因燃料電池價(jià)格高昂而推廣受阻，其中一個(gè)重要原因在于燃料電池需要昂貴的鉑作催化劑。據(jù)段鑲鋒介紹，鉑的催化活性由表面活性和比表面積所決定，以往的研究，多從改善鉑的化學(xué)環(huán)境等方面提升其表面活性，或通過(guò)調(diào)整鉑的納米結(jié)構(gòu)等幾何手段提升其比表面積，很難將二者兼顧。
“材料的催化活性一般與表面原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，材料做得越小，參與化學(xué)反應(yīng)的表面原子越多，但材料穩(wěn)定性卻變差，經(jīng)常會(huì)因發(fā)生團(tuán)聚而失去表面活性或比表面積。”段鑲鋒稱，該研究的突破在于“首次同時(shí)實(shí)現(xiàn)了最高的比表面積和表面活性”。
研究人員告訴記者，鋸齒狀超細(xì)納米線同時(shí)具備了作為高效電化學(xué)催化劑的幾個(gè)特性。首先，其鋸齒狀的表面缺陷結(jié)構(gòu)與特殊化學(xué)環(huán)境可有效降低反應(yīng)的活化能，提供眾多高效反應(yīng)活性位點(diǎn)，極大地提高表面催化活性。另外，它所具備的特殊的一維納米線結(jié)構(gòu)可以有效降低超細(xì)納米結(jié)構(gòu)團(tuán)聚幾率，從而提供超高的、穩(wěn)定的比表面積。同時(shí)，一維納米結(jié)構(gòu)優(yōu)異的導(dǎo)電性及其與催化劑載體的“多點(diǎn)接觸”可以優(yōu)化電化學(xué)反應(yīng)電子輸運(yùn)的過(guò)程，提高鉑催化劑的利用效率。
據(jù)悉，該成果將大幅降低燃料電池成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，該研究方法對(duì)類(lèi)似納米催化劑研究亦有廣泛借鑒意義。
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