電池高性能低鉑電催化劑

新材料及其應用

電池高性能低鉑電催化劑研究首先合成含有高指數面的Pt3Fe 多級納米線，再通過煅燒得到含有兩個原子層厚的 Pt-skin結構，并評估了該材料在酸性介質中的氧還原和醇氧化催化性能，最后基于 DFT 理論計算結果證明含有高指數面的 Pt-skin表面對反應中間體的吸附能優化，有利于電催化反應的進行。該工作首次將 Pt-skin和高指數面結合，在催化劑活性和穩定性方面有了很大提升，為高性能電催化材料的設計和開發指出了新方向。

質 子 交 換 膜 燃 料 電池（PEMFCs）有利于解決目前全球性的能源短缺，環境污染及氣候變化等問題，被認為是替代傳統內燃機的理想動力供應設備。

北京大學工學院研究團隊設計開發了一種新型合成路線，得到了具有Pt-skin結構和高指數晶面的一維納米線結構。物理表征結果證實，所得鋸齒狀一維Pt3Fe 納米線表面形成了約兩個原子層厚的 Pt-skin 結構。電化學實驗表明，該催化劑的比質量和面積活性分別達到了 4.34mAc㎡ 和 2.11Amg，比商業Pt/C分別高出16.7和 13.2倍，且具有極為卓越的電化學穩定性。進一步計算研究發現，這種獨特結構所表現的配位和應力效應能夠優化氧吸附能，從而大大提高催化活性。該工作將對電催化理論研究和新型高效燃料電池電催化劑的開發具有指導意義，也為下一代高性能低成本電催化劑的結構設計提供了新思路。