中國科大等在高效納米催化劑研究中取得進展

　　近日，中國科學技術大學教授曾杰課題組與美國Akron大學教授彭振猛合作，在質子交換膜燃料電池陰極催化劑的研制方面取得新進展。研究人員通過在鈀納米晶上外延生長超薄鉑鎳合金原子層的方法，成功構筑了Pd@PtNi核殼納米催化劑。該催化劑具有很高的鉑原子利用率，在催化質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應中表現不俗。該研究成果發表在2月12日出版的《美國化學會志》（J.Am.Chem.Soc. 2015, 137, 2804-2807）上，中國科大2013級碩士生趙旭是論文的第一作者。

　　近年來，隨著化石能源的消耗與環境污染的加劇，以質子交換膜燃料電池為代表的新型清潔能源的研究和應用受到廣泛關注。但是，該項技術還存在著不小的技術瓶頸，主要表現在針對電池陰極的氧還原反應催化劑活性和穩定性較低，進而阻礙了質子交換膜燃料電池的商業化進程。

　　面對這一挑戰，曾杰課題組基于對晶體生長理論的深刻認識，設計并構筑出一種具有超薄鉑鎳合金原子層的核殼型納米催化劑，并在一定范圍內實現了對鉑鎳原子比例的調控。這種新型納米催化劑不僅具有極高的鉑原子利用率，還兼具氧還原反應所需要的高活性表面晶面。研究表明，該催化劑對于質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應的鉑原子單位質量活性高達0.79A/mg，約為目前商用鉑碳催化劑的5倍之高，且在循環使用6000次后，性能未見顯著降低。該項研究成果為開發新一代的燃料電池催化劑提供了新思路。

　　該項研究得到了科技部青年“973”計劃、國家自然科學基金、國家青年千人計劃等項目的資助。

具有超薄鉑鎳合金原子層的新型納米催化劑（左）及其在催化氧還原反應中的鉑原子單位質量活性（右）