電動汽車的性能很大程度上取決于電池的性能，質(zhì)子交換膜燃料電池是未來電動汽車的最理想驅(qū)動電源，具有零排放、能量效率高、功率可調(diào)等優(yōu)點，但該電池需要大量貴金屬鉑納米催化劑來維持運轉(zhuǎn)，成本十分高昂。近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院黃宏文教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組合作，研制出的一種新型納米線催化劑，為降低電池成本、推動應(yīng)用開辟了新路。

該研究成果以“One-Nanometer-ThickPtNiRhTrimetallicNanowireswithEnhancedOxygenReductionElectrocatalysisinAcidMedia:IntegratingMultipleAdvantagesintoOneCatalyst”為題，發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域頂尖期刊《美國化學(xué)會志》(J.Am.Chem.Soc.2018,140,16159-16167)上。論文的通訊作者是黃宏文教授和曾杰教授。

質(zhì)子交換膜燃料電池的陰極端氧還原反應(yīng)的動力學(xué)十分緩慢，需要使用大量貴金屬鉑納米催化劑作為電極催化劑來維持電池的高效運轉(zhuǎn)，這使得成本十分高昂，限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。在鉑基催化劑中，提高催化劑在氧還原反應(yīng)中的質(zhì)量活性以及催化穩(wěn)定性是降低貴金屬鉑用量和電池成本的途徑。但目前，絕大部分催化劑的催化穩(wěn)定性并不可觀。

面對這一難題，研究人員通過精細調(diào)控鉑基催化劑的維度、尺寸、組分，研制出超細的鉑鎳銠三元金屬納米線催化劑。

據(jù)黃宏文教授介紹，該新型催化劑的納米線直徑僅有1納米，其表面鉑原子占整體鉑原子比率高于50%，展現(xiàn)了超高的原子利用率，為高的催化質(zhì)量活性提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。氧還原催化測試表明，這種新型催化劑的質(zhì)量活性是目前商用鉑碳納米催化劑的15.2倍。其在氧氣氣氛下循環(huán)使用1萬次后，只有12.8%的質(zhì)量活性性能損失，而在同等條件下，目前商用鉑納米催化劑的質(zhì)量活性性能損失達到73.7%。

相較于目前商業(yè)鉑碳納米催化劑，該新型催化劑在質(zhì)量活性和催化穩(wěn)定性方面都有顯著的提高，有望大幅減少質(zhì)子交換膜燃料電池中貴金屬鉑的使用，推動電池商業(yè)化應(yīng)用。