介觀催化研究團(tuán)隊(duì)在燃料電池催化劑研究上取得重要進(jìn)展
燃料電池中陰極側(cè)氧還原催化劑目前最可靠的材料仍是金屬鉑，其成本、活性和穩(wěn)定性是制約燃料電池產(chǎn)業(yè)化的主要因素之一，這使得降低以至完全不用鉑的研究方興未艾。
在對(duì)傳統(tǒng)催化劑長(zhǎng)期研究積累的基礎(chǔ)上，丁維平教授領(lǐng)導(dǎo)的介觀催化研究團(tuán)隊(duì)提出新型三元異質(zhì)結(jié)構(gòu)低鉑催化劑，Pt/CNx/Ni，其中Pt與Ni被石墨化的CNx層隔開。該結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)：(1) Pt、CNx、Ni三者相匹配的能帶結(jié)構(gòu)使得底層Ni的電子通過(guò)CNx層傳遞給外層Pt, 使得Pt催化氧還原反應(yīng)速率大大增加；(2) 金屬Ni被石墨化的CNx層包覆，避免了其因與外界的氧化與腐蝕環(huán)境接觸而流失；(3) 得到金屬Ni調(diào)制的CNx層與Pt之間有更強(qiáng)的相互作用，緩解了Pt在使用中的脫落和團(tuán)聚；(4) CNx為Pt所提供的富電子環(huán)境減弱了Pt的氧化與溶解。上述因素的共同作用使得該三元異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑Pt/CNx/Ni的質(zhì)量比活性和表面積比活性分別為商業(yè)催化劑的7.8和4.9倍，催化劑研究結(jié)果見(jiàn)圖1。實(shí)驗(yàn)表明，該催化劑在鉑用量、電化學(xué)活性、穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能指標(biāo)上全面達(dá)到了美國(guó)能源部提出的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
該研究團(tuán)隊(duì)將在后續(xù)工作中繼續(xù)對(duì)該類型催化劑進(jìn)行研究，并與工業(yè)部門展開合作，推進(jìn)該催化劑的規(guī)模合成與實(shí)際應(yīng)用。
該工作以“ Ternary Heterostructural Pt/CNx/Ni as a Supercatalyst for Oxygen Reduction”為題，于2018年底發(fā)表在Cell出版社旗下iScience (https://doi.org/10.1016/j.isci.2018.12.029)科學(xué)期刊上。2016級(jí)博士生陳騰為該文的第一作者，丁維平教授，趙斌副教授為共同通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金和南京黑泰催化劑有限公司的資助。
圖1. (1000*305)三元異質(zhì)結(jié)構(gòu)Pt/CNx/Ni催化劑的制備、結(jié)構(gòu)與催化性能：a.合成過(guò)程；b. 界面處肖特基結(jié)與電子傳遞方向；
c.形貌及Pt的粒徑分布；d.性能和50,000次循環(huán)穩(wěn)定性。
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