使用硒固定可以提高铂燃料电池催化剂的耐久性
资讯类型:行业新闻 加入时间:2019年9月10日17:8
铂长期以来被用作燃料电池氧化还原反应中的催化剂,但其高成本制约了燃料电池在更低成本的汽车以及家庭供电方面的广泛商用。

现在佐治亚理工学院的研究人员开发出一种新的铂基催化体系,它比传统的商业体系更耐用,并且具有更长的使用寿命。从长远来看,新系统可以降低生产燃料电池的成本。

该研究于7月15日在ACS期刊Nano Letters上发表,研究人员描述了一种解决导致铂催化剂降解的主要原因——烧结的新方法,烧结,即铂颗粒迁移和聚集在一起的过程,会降低铂的比表面积并导致催化活性下降。

为了减少这种烧结,研究人员设计了一种方法,使用元素硒将铂颗粒固定在碳载体材料上。

“有一些减少烧结的策略,例如使用尺寸均匀的铂颗粒来减少它们之间的化学不稳定性,”佐治亚理工学院访问研究生Zhengming Cao说。“这种使用硒的新方法在铂和碳载体材料之间产生了强烈的金属 - 载体相互作用,从而显着提高了耐久性。同时,铂颗粒可以使用并保持在较小的水平,通过比表面积增加从而获得高催化活性。“

该过程首先将纳米级的硒球加载到商业碳载体的表面上。然后将硒在高温下熔化,使其扩散并均匀地覆盖在碳的表面。然后,使硒与盐前体反应生成铂,以产生直径小于2纳米且均匀分布在碳表面上的铂颗粒。

硒和铂之间的共价作用提供了将铂颗粒稳定地固定在碳上的强大联系。

“由于其作为催化剂的高活性和耐久性,所得到的催化剂体系非常显着,”佐治亚理工学院Younan Xia教授说。

由于纳米级铂的比表面积增加,新催化体系最初显示出比现有商业铂 - 碳催化剂的原始值高3.5倍的催化活性。然后,研究小组使用加速耐久性测试对催化系统进行了测试。即使在20,000次循环的电势扫描之后,新系统的催化活性仍然是商业系统的三倍以上。研究人员在耐久性试验的不同阶段使用透射电子显微镜检查为什么催化活性仍然很高。他们发现硒的使用有效地保留了大部分铂颗粒。

“经过20,000次循环后,大部分颗粒残留在碳载体上,没有分离或聚集,”Cao说。“我们相信这种催化体系作为提高铂催化剂耐久性和活性的可扩展方式具有巨大潜力,并最终提高了将燃料电池用于更广泛应用的可行性。”
文章来自:中国燃料电池网
文章作者:佚名
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