由湖南大学、清华大学客座教授、加州大学洛杉矶分校化学系教授段险峰、加州大学洛杉矶分校材料系教授黄宇领衔的包括中国、美国、意大利科学家在内的国际研究团队,开发出表面呈锯齿状的超细铂纳米线催化剂,大幅提高了燃料电池催化剂的表面活性和比表面积,使其整体催化活性提高了50多倍。该成果于11月18日凌晨在线发表在《科学》杂志上。
燃料电池汽车因其零排放和高能效而备受关注,但其高昂的价格阻碍了燃料电池的推广。其中一个重要原因是燃料电池需要昂贵的铂作为催化剂。据段险峰介绍,铂的催化活性是由其表面活性和比表面积决定的。在以往的研究中,铂的表面活性大多是通过改善其化学环境来提高,或者通过调整其纳米结构等几何手段来增加其比表面积。很难兼顾两者。& ldquo材料的催化活性通常与表面原子结构有关。材料越小,参与化学反应的表面原子会越多,但材料的稳定性会变差,表面活性或比表面积往往会因团聚而丧失。& rdquo冯端说,这项研究的突破在于& ldquo同时首次达到最高的比表面积和表面活性& rdquo。
研究人员告诉记者,锯齿状超细纳米线同时具有高效电化学催化剂的几个特征。首先,其锯齿状的表面缺陷结构和特殊的化学环境可以有效降低反应的活化能,提供许多高效的反应位点,大大提高表面催化活性。此外,其特殊的一维纳米线结构可以有效降低超细纳米结构的团聚几率,从而提供超高且稳定的比表面积。同时,一维纳米结构具有优异的导电性及其与催化剂载体的相容性& ldquo多点接触& rdquo它可以优化电化学反应中的电子传递过程,提高铂催化剂的利用效率。据悉,这一成果将大大降低燃料电池的成本,具有广阔的应用前景。同时,该研究方法可广泛借鉴于类似纳米催化剂的研究。
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