资助成果 | 我国学者在纳米多孔金属催化材料研究中取得重要进展
2016-05-25来源：未知
在国家自然科学基金项目（项目编号：51671145，51572016，U1530401）等资助下，天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院丁轶课题组、罗俊课题组与北京计算科学研究中心刘利民课题组联合攻关，设计并制备出电催化氧还原性能优异的低Pt纳米多孔核壳结构催化剂，相关工作以“Surface evolution of a Pt-Pd-Au electrocatalyst for stable oxygen reduction”（高稳定性氧还原催化剂Pt-Pd-Au的表面演化）为题于7月10日在线发表在Nature Energy上。
质子交换膜燃料电池是当前国际新能源研究的热点之一，在交通运输、电子设备、便携式移动电源等领域具有广泛的应用前景。但高昂的价格和较差的稳定性是制约其走向大规模应用的关键。尤其是燃料电池的催化电极，极大地依赖于贵金属铂和氧还原动力学过程的催化活性，决定了整个电池的成本与性能。
目前已成功商用的Pt/C催化剂，在实际工况条件下容易失活，并有Pt载量过高等缺点，难以满足燃料电池大规模应用的需求。因此改进电极结构、发展高性能低Pt催化剂是燃料电池技术最终走向商业应用的关键。
天津理工大学丁轶教授领导的联合研究团队在国家自然科学基金的持续资助下，设计并制备出一种超薄亚纳米壳层厚度的Pt-Pd-Au纳米多孔金属催化剂。
研究发现，该纳米多孔金属在前30000圈电化学循环扫描过程中，表面壳层从初始Pt-Pd合金演化为表面富Pt的双层结构，并最终形成具有优异催化活性和稳定性的Pt-Pd-Au三元合金。该三元合金催化材料经70000圈电化学扫描后仍保持稳定、优异的氧还原活性，其质量活性比经30000圈电化学扫描后的商业Pt/C催化剂高20倍。研究表明，Pd、Au元素的引入可显著提高催化剂的氧还原活性和稳定性。
质子交换膜燃料电池是当前国际新能源研究的热点之一，在交通运输、电子设备、便携式移动电源等领域具有广泛的应用前景。但高昂的价格和较差的稳定性是制约其走向大规模应用的关键。尤其是燃料电池的催化电极，极大地依赖于贵金属铂和氧还原动力学过程的催化活性，决定了整个电池的成本与性能。
目前已成功商用的Pt/C催化剂，在实际工况条件下容易失活，并有Pt载量过高等缺点，难以满足燃料电池大规模应用的需求。因此改进电极结构、发展高性能低Pt催化剂是燃料电池技术最终走向商业应用的关键。
天津理工大学丁轶教授领导的联合研究团队在国家自然科学基金的持续资助下，设计并制备出一种超薄亚纳米壳层厚度的Pt-Pd-Au纳米多孔金属催化剂。
研究发现，该纳米多孔金属在前30000圈电化学循环扫描过程中，表面壳层从初始Pt-Pd合金演化为表面富Pt的双层结构，并最终形成具有优异催化活性和稳定性的Pt-Pd-Au三元合金。该三元合金催化材料经70000圈电化学扫描后仍保持稳定、优异的氧还原活性，其质量活性比经30000圈电化学扫描后的商业Pt/C催化剂高20倍。研究表明，Pd、Au元素的引入可显著提高催化剂的氧还原活性和稳定性。
这一研究结果对燃料电池催化电极材料的设计和制备具有重要的指导意义，并对研发高性能低Pt催化材料具有很高的参考价值。
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