【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，材料與能源學(xué)院陳俊松/吳睿團(tuán)隊(duì)在Advanced Materials上發(fā)表了題為“Unlocking Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance with Porous PtCoV Alloy Catalysts”的研究性論文，報(bào)道了一種嵌在碳納米纖維多孔結(jié)構(gòu)中的PtCoV多孔合金催化劑(PtCoV-EPNF)。電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院為唯一通訊單位，博士研究生趙磊為論文第一作者，材料與能源學(xué)院陳俊松教授、吳睿副研究員為論文共同通訊作者。
 

　　針對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池中碳擔(dān)載Pt基催化劑因離聚合物中磺酸基團(tuán)毒化導(dǎo)致Pt利用率低的關(guān)鍵問(wèn)題，研究人員合成了一種嵌在碳納米纖維多孔結(jié)構(gòu)中的PtCoV多孔合金催化劑(PtCoV-EPNF)。通過(guò)高溫?zé)峤膺^(guò)程中產(chǎn)生的Kirkendall效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了納米合金的多孔化，從而顯著提高了Pt原子的利用率。此外，釩(V)的摻雜優(yōu)化了Pt的電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了PtCo合金的本征活性，并加強(qiáng)了多孔合金中原子間的相互作用，進(jìn)而提升了催化劑的穩(wěn)定性。
 

　　圖1. (a)抗磺酸基團(tuán)中毒的Pt-離聚物界面微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖。PtCoV-EPNF催化劑納米顆粒在載體上分布情況表征：(b) SEM圖像及相應(yīng)的(c)顆粒統(tǒng)計(jì)分析；(d) STEM圖像及相應(yīng)的(e)顆粒統(tǒng)計(jì)分析。
 

　　此外，高溫碳化階段，聚丙烯腈與SiO2的限域作用確保了超過(guò)90%的Pt合金納米顆粒被原位封裝在碳纖維多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部(圖1)。在制備成膜電極(MEA)催化層時(shí)，這種嵌入性的催化劑能有效構(gòu)筑出Pt-Nafion非直接接觸界面，釋放了活性位點(diǎn)，提高了低Pt負(fù)載下MEA輸出功率密度與穩(wěn)定性(圖2)。本研究工作為開(kāi)發(fā)低Pt燃料電池催化劑提供了新的思路。
 

　　圖2. PtCoV-EPNF催化劑耐離聚物中毒研究。基于不同離聚物與碳質(zhì)量比的(a) PtCoV-EPNF、(b) PtCoV-LSNF和(c) Pt/C催化層的H2-O2燃料電池極化曲線和功率密度曲線圖；(d)不同離聚物與碳質(zhì)量比的陰極催化層磺酸基團(tuán)覆蓋度和(e)質(zhì)子傳輸阻抗；(f) PtCoV-EPNF催化劑與Nafion混合前后的Pt 4f XPS譜圖。