黄宏文：新型纳米线催化剂有望降低电池成本

hongxiang

电动汽车的性能很大程度上取决于电池的性能，质子交换膜燃料电池是未来电动汽车的最理想驱动电源，具有零排放、能量效率高、功率可调等优点，但该电池需要大量贵金属铂纳米催化剂来维持运转，成本十分高昂。近日，我校材料科学与工程学院黄宏文教授和中国科学技术大学曾杰教授课题组合作，研制出的一种新型纳米线催化剂，为降低电池成本、推动应用开辟了新路。

该研究成果以“One-Nanometer-Thick PtNiRh Trimetallic Nanowires with Enhanced Oxygen Reduction Electrocatalysis in Acid Media: Integrating Multiple Advantages into One Catalyst”为题，发表在化学领域顶尖期刊《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.2018,140,16159-16167)上。论文的通讯作者是黄宏文教授和曾杰教授。

质子交换膜燃料电池的阴极端氧还原反应的动力学十分缓慢，需要使用大量贵金属铂纳米催化剂作为电极催化剂来维持电池的高效运转，这使得成本十分高昂，限制了其大规模商业化应用。在铂基催化剂中，提高催化剂在氧还原反应中的质量活性以及催化稳定性是降低贵金属铂用量和电池成本的途径。但目前，绝大部分催化剂的催化稳定性并不可观。

面对这一难题，研究人员通过精细调控铂基催化剂的维度、尺寸、组分，研制出超细的铂镍铑三元金属纳米线催化剂。

据黄宏文教授介绍，该新型催化剂的纳米线直径仅有1纳米，其表面铂原子占整体铂原子比率高于50%，展现了超高的原子利用率，为高的催化质量活性提供了结构基础。氧还原催化测试表明，这种新型催化剂的质量活性是目前商用铂碳纳米催化剂的15.2倍。其在氧气气氛下循环使用1万次后，只有12.8%的质量活性性能损失，而在同等条件下，目前商用铂纳米催化剂的质量活性性能损失达到73.7%。

相较于目前商业铂碳纳米催化剂，该新型催化剂在质量活性和催化稳定性方面都有显著的提高，有望大幅减少质子交换膜燃料电池中贵金属铂的使用，推动电池商业化应用。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.8b08836