質子交換膜燃料電池(PEMFCs)是一種高效的氫能轉換技術,是有效緩解碳排放和能源危機的能源設備。開發兼具高活性、高穩定性的低鉑金屬催化劑是顯著降低質子交換膜燃料電池成本的關鍵一步。引入地球資源豐富的過渡金屬和構建異核雙金屬合金團簇,可合成出低成本高活性的陰極催化劑。鑒于此,貴州大學化學與化工學院袁強教授課題組(納米與能源工程創新課題組)開發了一種超高穩定性的氫燃料電池陰極低鉑催化劑。該工作以“PtCu subnanoclusters epitaxial on octahedral PtCu/Pt skin matrix as ultrahigh stable cathode electrocatalysts for room-temperature hydrogen fuel cells”為題在線發表在中國領軍SCI一區期刊《Nano Research》上,影響因子:10.269。第一作者為2020級博士研究生趙鳳玲,指導老師為袁強教授。
該工作以富銅八面體PtCu為晶種,通過外延生長,合成了一種結構獨特的新型八面體PtCu/Pt/異質PtCu亞納米簇雙金屬電催化劑(PtCu1.60)。 亞納米簇表面豐富的低配位點和核殼結構所賦予的應變有利于提高活性和穩定性。在酸性介質中,PtCu1.60 ORR質量活度為1.42 A mgPt?1,是商用Pt/C的8.9倍。引人注目的是,PtCu1.60/C電催化劑實現了140,000次的耐久性循環而活性沒有下降,這是外延生長模式使其表面結構保持穩定,有效防止了表面簇團聚和近表面活性中心的損失所導致。結構表征和理論計算證實富Pt的PtCu團簇有利于ORR活性和熱力學穩定性。在實際的PEMFCs應用中,PtCu1.60/C亦表現出更高的功率密度以及長達100 小時電流密度不衰減的耐久性。
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