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高抗一氧化碳毒化燃料電池陽極催化劑研制成功
時間:2022-10-19 09:53來源:中國科學(xué)報 作者:王敏
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研究成果被評選為VIP論文和卷首插畫論文。中國科大供圖
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授高敏銳課題組與楊晴課題組合作，通過引入少量鈷改良鉬鎳合金催化劑，創(chuàng)制出一種低成本、一氧化碳耐受性好的非貴金屬氫氧化催化劑。相關(guān)成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》，并被評選為VIP論文和卷首插畫論文。
氫氧燃料電池由于比能量高和零排放等優(yōu)點，有望在國家“雙碳”戰(zhàn)略中扮演重要角色。然而，商業(yè)鉑碳催化劑極易吸附氫氣燃料中的一氧化碳而導(dǎo)致中毒休克。特別是在堿性膜燃料電池中，鉑基催化劑的氫氣氧化反應(yīng)動力學(xué)緩慢，其與一氧化碳毒化協(xié)同作用，會加速電池性能的衰退。因此，設(shè)計并創(chuàng)制高活性、高抗一氧化碳毒化的新型陽極催化劑是堿性膜燃料電池實用化需要解決的難題。
理論計算研究發(fā)現(xiàn)，將鈷引入鉬鎳合金中，鎳位點上的一氧化碳吸附能力顯著降低。這是因為鈷引入后會帶來缺電子的鎳位點，有利于降低催化劑對一氧化碳的吸附能力。態(tài)密度圖結(jié)合系列電子結(jié)構(gòu)表征揭示少量鈷改良鉬鎳合金催化劑的d帶中心遠離費米能級，電子“反向供給”不能有效發(fā)生，有望帶來高的一氧化碳耐受性。
旋轉(zhuǎn)圓盤電極測試表明，當(dāng)氫氣燃料中含有500ppm一氧化碳時，催化劑循環(huán)1萬次后活性幾乎不衰減。
研究人員進一步考察了催化劑在膜電極組裝下的抗一氧化碳毒化性能，發(fā)現(xiàn)即使在含有250 ppm一氧化碳的氫氣燃料中，少量鈷改良鉬鎳合金催化劑也能提供394毫瓦/平方厘米的峰值功率密度，超過商業(yè)鉑碳催化劑的209毫瓦/平方厘米。而在純氫燃料中，該催化劑的峰值功率密度可達到525毫瓦/平方厘米，處在目前非貴金屬催化劑前列。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202284262
(責(zé)任編輯：子蕊)
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