近日，中國科學技術大學曾杰教授課題組與美國阿克倫大學彭振猛教授、上海應用物理研究所司銳教授合作，在質子交換膜燃料電池陰極催化劑研制方面取得重要進展。研究人員基于集團效應設計出一種銠原子摻雜的鉑超細納米線催化劑，在燃料電池陰極氧化還原反應中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性，從而能夠大幅節(jié)省貴金屬鉑的用量，推動了該清潔能源轉換技術的商業(yè)化應用進程。該成果發(fā)表在美國某雜志上。

質子交換膜燃料電池電源是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源，具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結構簡單、操作方便等優(yōu)點，被認為電動汽車、固定發(fā)電站等的首選能源。該技術研發(fā)數(shù)十年，一直未能大范圍推廣，除存在穩(wěn)定性、耐久性等問題，高昂成本也是商業(yè)化的瓶頸。

此前，許多已報道的鉑基催化劑穩(wěn)定性往往并不可觀，這主要是因為高的質量活性所依賴的催化劑納米結構的熱力學穩(wěn)定性通常存在問題，因此很難同時兼具高質量活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性。

針對這一難題，研究人員借助于原子級別精細合成技術，一方面，通過提高鉑基催化劑中的鉑原子的分散度來實現(xiàn)高的質量活性，另一方面，通過調節(jié)鉑基催化劑的維度以及引入銠原子來增強鉑基催化劑的穩(wěn)定性，設計并合成出了一種銠原子摻雜的鉑超細納米線催化劑。研究結果表明，這種新型催化劑的質量活性和比活性分別達到了商用鉑碳催化劑的 7.8 倍和 5.4 倍;同時，該催化劑在氧氣氣氛下循環(huán)使用 1 萬次后，只損失了 9.2% 的質量活性，遠超目前商用鉑碳催化劑在同等情況下，質量活性性能損失達 72.3% 的指標。