乐鱼体育官网入口网址:我国科大在金属间化合物燃料电池催化剂方面上获得新开展

  原子有序摆放的Pt-IMC催化剂在质子交流膜燃料电池（PEMFC）阴极氧复原反响（ORR）中有着相对于传统无序固溶体合金更高的活性和安稳才能。而Pt-IMC催化剂的组成常常要高温退火来战胜原子搬迁有序化的能垒，构成颗粒烧结，Pt利用率下降。因而，开发颗粒尺度小且高度有序的Pt-IMC催化剂的组成办法成为提高PEMFC功能并削减相关本钱的要害。上一年10月份，梁海伟课题组及合作者开展了高温硫锚定的办法，完成了Pt-IMC催化剂的普适性组成（Science 2021, 374, 459-464）。近来，该课题组在此领域中获得了新的开展：选用小分子辅佐浸渍法，直接用商业炭黑载体，完成了克级Pt-IMC燃料电池催化剂的组成，向该类催化剂的实用化迈出重要一步。

  在该项作业中，研讨人员开展了一种小分子辅佐组成小尺度Pt-IMC催化剂的战略，将含杂原子（O、N、S）官能团的小分子作为浸渍过程中的添加剂，比较于直接浸渍法，有着十分显着的按捺颗粒烧结的效果。特别地，运用含巯基的小分子如巯基乙酸钠时，经过700℃退火，X射线衍射测验依据成果得出，组成的PtCo颗粒的均匀粒径仅为2.5 nm，远小于不加小分子的14.9 nm的颗粒尺度（图1）。此外，含有O和N杂原子的小分子添加剂也有必定按捺催化剂高温烧结的效果。

  图1. 广泛挑选一系列含不同杂原子（O、N、S）的小分子添加剂。含巯基的小分子添加剂展示出优异的高温抗烧结特性。

  研讨人员将巯基乙酸钠作为最优挑选，经过优化退火的温度以及时刻，组成了包含18种二元Pt-IMC催化剂的资料库，均具有较小的的均匀颗粒尺度（图2）。对组成的Pt-IMC进行了系列表征：高角环形暗场透射电镜成果为Pt-IMC颗粒均匀散布在碳载体上，且颗粒尺度均匀；X射线能谱依据成果得出Pt与第二种过渡金属均匀涣散在颗粒区域，且含量挨近方针份额；原子分辩的透射电镜相片标明颗粒内部的原子出现有序规矩摆放。

  研讨人员以巯基乙酸钠和PtCo为研讨目标，深化探求了小分子辅佐法的抗烧结机制。对前驱体溶液进行紫外可见光谱测验，并结合对前驱体粉末的X射线光电子能谱剖析标明，Pt盐在浸渍阶段与巯基乙酸钠的巯基配位结合，而Co盐同羧酸根结合，构成替换衔接的前驱体的合作物，随后的热重/质谱偶联测验依据成果得出，巯基乙酸钠与Pt前驱体配位后，在更高温度下发生热解，结合能谱测验成果中S元素在颗粒区域的会集散布，和观察到的碳包覆层的构成，估测颗粒外表终究构成了S掺杂的碳包覆结构。同步辐射X射线精细结构测验成果证明，退火后存在Pt-S化学键合，因而巯基乙酸钠小分子辅佐组成的抗烧结效果包含了Pt-S化学键合和碳包物理限域的两层效果。

  研讨人员挑选六种所组成的Pt-IMC催化剂进行了电催化和燃料电池功能表征。在旋转圆盘电极测验中，六种Pt/M份额为1:1的IMC催化剂均体现出了因为商业Pt/C的活性，在0.9 ViR-correct的比活性为1.12–3.33 mA/cm2，质量活性（MA）为0.88–2.25 A/mgPt（商业Pt/C的比活性和质量活性别离为0.48 mA/cm2和0.35 A/mgPt）。其间，5种L10型Pt-IMC催化剂的比活性同核算的外表应变存在强关联性。在H2-O2和H2-air燃料电池单电池测验中，所制备的PtCo IMC催化剂也展示出了比商业Pt/C（日本田中）和PtCo（比利时美丽科）催化剂更优异的功能，在0.9 V的质量活性达到了1.08 A/mgPt（H2-O2­电池），额定功率可达 1.17 W/cm2（H2-air­电池，94度，阴极Pt用量0.1 mg/cm2），并在30000圈安稳性测验后别离保留了75%和88%的初始功能（图3）。

  宋天威（我国科大博士生研讨生）为论文的榜首作者。本项作业的合作者还包含安徽枡水新能源科技有限公司刘俊博士、北京高能物理研讨所储胜启副研讨员、以及安徽大学陈平教授。该项作业得到了国家重点研制方案、国家自然科学基金立异集体和面上项目、安徽省严重专项研讨方案、以及中心高校根本科研业务费专项基金的赞助。