記者11日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校曾杰教授團(tuán)隊(duì)與國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室鮑駿教授團(tuán)隊(duì)合作，研制出一種新型氫氧燃料電池陰極催化劑。
該催化劑為超立方體框架結(jié)構(gòu)，在氫氧燃料電池陰極反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性，為今后相關(guān)電催化劑的設(shè)計(jì)提供了新思路。該成果日前發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》。
燃料電池是一種化學(xué)電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量，直接將其變換為電能。當(dāng)前，電池陰極氧還原反應(yīng)的鉑基催化劑活性和穩(wěn)定性較低，制約了電池輸出功率和充放電循環(huán)次數(shù)，從而增加了整個(gè)燃料電池的成本。因此，高活性、高穩(wěn)定性的陰極催化劑制備，成為氫氧燃料電池研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。
中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)受三維立方體向四維超立方體演變的啟發(fā)，將鈀鉑均勻合金立方體進(jìn)行氧化刻蝕，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控鈀原子去除和余下鈀原子、鉑原子重排，得到鈀鉑合金超立方體框架結(jié)構(gòu)。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)初始立方體中鈀、鉑比例，還可以得到八足體和立方框架結(jié)構(gòu)。
在電池陰極催化測(cè)試中，立方框架結(jié)構(gòu)、超立方體結(jié)構(gòu)和八足體結(jié)構(gòu)的單位質(zhì)量活性，分別達(dá)到商用鉑碳催化劑的4.1倍、11.6倍和8.3倍。理論計(jì)算表明，超立方體表面晶面的氧吸附能最接近于理論最優(yōu)值，這一趨勢(shì)與實(shí)際測(cè)試的氧還原活性順序相一致。
