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研究人員提出硒錨定方法 有效提升燃料電池鉑催化劑耐久性
作者: 來源: 發布時間:2019/10/7 20:52:48 瀏覽次數:

佐治亞理工學院的研究人員開發出一種新型鉑基催化系統,比傳統商用系統更耐用,使用壽命更長。

 

蓋世汽車訊 在燃料電池核心技術中,鉑一直被用作促進氧化還原反應的催化劑。但是,這種金屬價格昂貴,對燃料電池與更廉價的汽車和家用能源的競爭,造成一定障礙。據外媒報道,佐治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的研究人員開發出一種新型鉑基催化系統,比傳統商用系統更耐用,使用壽命更長。從長遠來看,可以降低燃料電池生產成本。 

研究人員提出新方法,解決導致鉑催化劑降解的重要問題,那就是熔結現象。在熔結過程中,鉑顆粒集合成群,減少鉑的比表面積,導致催化劑活性下降。 為了減少這種現象的發生,研究人員開發一種錨定鉑顆粒的方法,利用硒元素將鉑顆粒固定至碳載體材料。佐治亞理工學院的訪問研究生Zhengming Cao表示:“有幾種緩解熔結現象的方法,比如使用大小一致的鉑顆粒,減少化學不穩定性。新方法采用硒這種物質,促使鉑和碳載體材料之間發生金屬載體強相互作用,明顯提高電池耐久性。同時,可以使用更加細小的鉑顆粒,增加表比面積,提高催化劑活性。” 

在該工藝過程中,首先將硒納米球置于商用碳載體材料表面,然后,硒會在高溫下熔解,并均勻地覆蓋在碳表面。接著,硒與鉑的鹽前體反應,生成直徑小于2納米的鉑顆粒,再次均勻覆蓋碳表面。硒和鉑之間通過共價相互作用,形成緊密的連接,將鉑顆粒固定在碳上。佐治亞理工大學Younan Xia教授表示:“由此所產生的催化系統具有非常高的活性和耐久性。” 

因為鉑納米顆粒的表比面積增加,新催化系統的初始催化活性,要比當前最先進的商用鉑碳催化劑的原始價值高三倍半。接著,研究團隊通過加速耐久性試驗,測試催化系統。即便經過20000次電位掃描循環,新系統的催化活性,仍然是商用系統的三倍多。 

在不同階段的耐久性試驗中,研究人員使用投射電子顯微鏡,來檢測催化劑保持高活性的原因。他們發現,硒錨定方法非常有效,可以讓大部分鉑顆粒持守位置。Cao表示:“經過20000次循環,大多數粒子保留在碳載體上,沒有出現脫離或積聚。我們相信,這種催化系統具有很大的潛力,可以有效提升鉑催化劑的耐久性和活性,擴大燃料電池應用范圍。”(蓋世汽車


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