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高抗一氧化碳毒化燃料電池陽極催化劑研制成功

時(shí)間:2022-10-19 09:53來源:中國科學(xué)報(bào) 作者:王敏
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研究成果被評(píng)選為VIP論文和卷首插畫論文。中國科大供圖
 
　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授高敏銳課題組與楊晴課題組合作，通過引入少量鈷改良鉬鎳合金催化劑，創(chuàng)制出一種低成本、一氧化碳耐受性好的非貴金屬氫氧化催化劑。相關(guān)成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》，并被評(píng)選為VIP論文和卷首插畫論文。
 
　　氫氧燃料電池由于比能量高和零排放等優(yōu)點(diǎn)，有望在國家“雙碳”戰(zhàn)略中扮演重要角色。然而，商業(yè)鉑碳催化劑極易吸附氫氣燃料中的一氧化碳而導(dǎo)致中毒休克。特別是在堿性膜燃料電池中，鉑基催化劑的氫氣氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，其與一氧化碳毒化協(xié)同作用，會(huì)加速電池性能的衰退。因此，設(shè)計(jì)并創(chuàng)制高活性、高抗一氧化碳毒化的新型陽極催化劑是堿性膜燃料電池實(shí)用化需要解決的難題。
 
　　理論計(jì)算研究發(fā)現(xiàn)，將鈷引入鉬鎳合金中，鎳位點(diǎn)上的一氧化碳吸附能力顯著降低。這是因?yàn)殁捯牒髸?huì)帶來缺電子的鎳位點(diǎn)，有利于降低催化劑對(duì)一氧化碳的吸附能力。態(tài)密度圖結(jié)合系列電子結(jié)構(gòu)表征揭示少量鈷改良鉬鎳合金催化劑的d帶中心遠(yuǎn)離費(fèi)米能級(jí)，電子“反向供給”不能有效發(fā)生，有望帶來高的一氧化碳耐受性。
 
　　旋轉(zhuǎn)圓盤電極測(cè)試表明，當(dāng)氫氣燃料中含有500ppm一氧化碳時(shí)，催化劑循環(huán)1萬次后活性幾乎不衰減。
 
　　研究人員進(jìn)一步考察了催化劑在膜電極組裝下的抗一氧化碳毒化性能，發(fā)現(xiàn)即使在含有250 ppm一氧化碳的氫氣燃料中，少量鈷改良鉬鎳合金催化劑也能提供394毫瓦/平方厘米的峰值功率密度，超過商業(yè)鉑碳催化劑的209毫瓦/平方厘米。而在純氫燃料中，該催化劑的峰值功率密度可達(dá)到525毫瓦/平方厘米，處在目前非貴金屬催化劑前列。
 
　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202284262
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 燃料電池 陽極催化劑
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