氫氧燃料電池陰極催化劑設(shè)計(jì)
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心及化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院的曾杰教授團(tuán)隊(duì)和國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室鮑駿教授團(tuán)隊(duì)合作,通過精準(zhǔn)的氧化刻蝕,調(diào)控鈀鉑合金的形貌和組分,設(shè)計(jì)并構(gòu)筑出了超立方體框架結(jié)構(gòu)催化劑,其在氫氧燃料電池陰極反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性。研究成果以 “Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”為題發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上(J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282)。該研究團(tuán)隊(duì)受三維立方體向四維超立方體演變的啟發(fā),將鈀鉑均勻合金立方體進(jìn)行氧化刻蝕,通過精準(zhǔn)調(diào)控鈀原子的去除和余下鈀原子與鉑原子的重排,得到鈀鉑合金超立方體框架結(jié)構(gòu)(圖 1)。此外,通過調(diào)節(jié)初始立方體中鈀、鉑兩種元素的比例,還可以得到八足體和立方框架結(jié)構(gòu)。在氫氧燃料電池陰極催化測(cè)試中,立方框架結(jié)構(gòu)、超立方體結(jié)構(gòu)和八足體結(jié)構(gòu)的單位質(zhì)量活性分別達(dá)到了商用鉑碳催化劑的 4.1 倍,11.6 倍和 8.3 倍。此外,超立方體結(jié)構(gòu)催化劑還表現(xiàn)出了最高的本征活性(2.09 安培每平方厘米)和優(yōu)異的性能穩(wěn)定性。密度泛函理論計(jì)算表明超立方體表面晶面的氧吸附能最接近于理論最優(yōu)值,這一趨勢(shì)與實(shí)際測(cè)試的氧還原活性順序相一致。這種新的超立方體框架催化劑設(shè)計(jì)理念為今后相關(guān)電催化劑的設(shè)計(jì)提供了新的思路。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
2021-04-13