納米籠催化劑保障燃料電池超長(zhǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間

據(jù)外媒報(bào)道，國(guó)際研究小組合成具有鉑皮結(jié)構(gòu)的一維串狀鉑鎳合金納米籠，用作燃料電池中氧還原反應(yīng)的催化劑。這種納米籠催化劑的質(zhì)量活性高達(dá)每毫克鉑3.52安培，比活性也很高，達(dá)到每平方厘米鉑5.16安培，幾乎分別是商用鉑碳催化劑的17倍和14倍。

該催化劑經(jīng)過(guò)5萬(wàn)次循環(huán)后，表現(xiàn)出高穩(wěn)定性，幾乎沒(méi)有任何活性衰減。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，應(yīng)變和配體效應(yīng)導(dǎo)致的強(qiáng)鍵合鉑氧位點(diǎn)較少。在這種催化劑的支持下，燃料電池在0.6V電壓下的電流密度達(dá)1.5A/cm2，并能穩(wěn)定運(yùn)行至少180小時(shí)。

在燃料電池和金屬空氣電池中，鉑是最活躍的氧還原反應(yīng)電催化劑，具有良好的穩(wěn)定性。然而，從成本和大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用方面考慮，哪怕是目前最先進(jìn)的鉑催化劑，其活性和穩(wěn)定性仍然不足。利用納米鉑合金的近表面結(jié)構(gòu)，來(lái)提高鉑基電催化劑的電催化性能，這種方法非常有前景，可以最大限度地發(fā)現(xiàn)具有最佳性能的高活性位點(diǎn)。研究人員稱：“加入其他過(guò)渡金屬，通過(guò)配體和應(yīng)變效應(yīng)，調(diào)整鉑-氧中間體的結(jié)合強(qiáng)度，可以提高催化劑性能。引入中空和多孔納米顆粒等開(kāi)放納米結(jié)構(gòu)，如納米籠和納米框架結(jié)構(gòu)，有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并提升質(zhì)量傳遞。”

為了制備納米籠，研究小組首先通過(guò)一鍋溶劑熱法，按不同比例減少鉑和鎳前驅(qū)體，制備一維串狀的鉑-鎳合金納米籠（BNSs）。在酸性條件下進(jìn)行處理，有選擇性地去除鎳種，留下由鉑皮和殘留的鉑鎳合金組成的超薄壁1D Pt-Ni BNCs。

研究人員表示：“本項(xiàng)研究提供合理設(shè)計(jì)鉑合金納米結(jié)構(gòu)的有效策略，有助于為催化劑在能源轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)?！?/p>