【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，材料與能源學(xué)院陳俊松/吳睿團隊在Advanced Materials上發(fā)表了題為“Unlocking Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance with Porous PtCoV Alloy Catalysts”的研究性論文，報道了一種嵌在碳納米纖維多孔結(jié)構(gòu)中的PtCoV多孔合金催化劑(PtCoV-EPNF)。電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院為唯一通訊單位，博士研究生趙磊為論文第一作者，材料與能源學(xué)院陳俊松教授、吳睿副研究員為論文共同通訊作者。
針對質(zhì)子交換膜燃料電池中碳擔(dān)載Pt基催化劑因離聚合物中磺酸基團毒化導(dǎo)致Pt利用率低的關(guān)鍵問題，研究人員合成了一種嵌在碳納米纖維多孔結(jié)構(gòu)中的PtCoV多孔合金催化劑(PtCoV-EPNF)。通過高溫?zé)峤膺^程中產(chǎn)生的Kirkendall效應(yīng)，實現(xiàn)了納米合金的多孔化，從而顯著提高了Pt原子的利用率。此外，釩(V)的摻雜優(yōu)化了Pt的電子結(jié)構(gòu)，增強了PtCo合金的本征活性，并加強了多孔合金中原子間的相互作用，進而提升了催化劑的穩(wěn)定性。
圖1. (a)抗磺酸基團中毒的Pt-離聚物界面微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖。PtCoV-EPNF催化劑納米顆粒在載體上分布情況表征：(b) SEM圖像及相應(yīng)的(c)顆粒統(tǒng)計分析；(d) STEM圖像及相應(yīng)的(e)顆粒統(tǒng)計分析。
此外，高溫碳化階段，聚丙烯腈與SiO2的限域作用確保了超過90%的Pt合金納米顆粒被原位封裝在碳纖維多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部(圖1)。在制備成膜電極(MEA)催化層時，這種嵌入性的催化劑能有效構(gòu)筑出Pt-Nafion非直接接觸界面，釋放了活性位點，提高了低Pt負載下MEA輸出功率密度與穩(wěn)定性(圖2)。本研究工作為開發(fā)低Pt燃料電池催化劑提供了新的思路。
圖2. PtCoV-EPNF催化劑耐離聚物中毒研究。基于不同離聚物與碳質(zhì)量比的(a) PtCoV-EPNF、(b) PtCoV-LSNF和(c) Pt/C催化層的H2-O2燃料電池極化曲線和功率密度曲線圖；(d)不同離聚物與碳質(zhì)量比的陰極催化層磺酸基團覆蓋度和(e)質(zhì)子傳輸阻抗；(f) PtCoV-EPNF催化劑與Nafion混合前后的Pt 4f XPS譜圖。
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