記者從中國科大獲悉，該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室曾杰教授課題組與美國阿克倫大學(xué)的彭振猛教授合作，在質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑研制方面取得重要進(jìn)展，通過在鈀納米晶上生長超薄鉑鎳合金原子層的方法，成功研制出鈀-鉑鎳核殼納米催化劑。該催化劑具有很高的鉑原子利用率，在催化質(zhì)子交換膜燃料電池陰極氧還原反應(yīng)中表現(xiàn)不俗。

據(jù)了解，近年來，隨著化石能源的消耗與環(huán)境污染的加劇，以質(zhì)子交換膜燃料電池為代表的新型清潔能源的研究和應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。但是，這項(xiàng)技術(shù)還存在著不小的瓶頸，主要表現(xiàn)在針對電池陰極的氧還原反應(yīng)催化劑活性和穩(wěn)定性較低，制約了電池的輸出功率和充放電循環(huán)次數(shù)，從而阻礙了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。

面對這一挑戰(zhàn)，曾杰教授課題組設(shè)計(jì)并研制出一種具有超薄鉑鎳合金原子層的核殼型納米催化劑，并實(shí)現(xiàn)了對鉑鎳原子比例的調(diào)控。這種核殼型納米催化劑的內(nèi)部為一種低催化活性但非常穩(wěn)定的鈀核，外部為一種高催化活性的鉑鎳合金，不僅具有極高的鉑原子利用率，還兼具氧還原反應(yīng)所需要的高活性表面晶面。研究表明，該催化劑對于質(zhì)子交換膜燃料電池陰極氧還原反應(yīng)的活性高達(dá)0.79 千安培每克，約為目前商用鉑碳催化劑的5倍。此外，由于這種新型催化劑內(nèi)部存在較為穩(wěn)定的鈀核，使得其整體穩(wěn)定性大幅度提高，在循環(huán)充放電測試6000次后，未見其性能有顯著降低。

該成果近日發(fā)表在國際著名化學(xué)期刊《美國化學(xué)會志》上。曾杰表示，這項(xiàng)研究成果為開發(fā)新一代燃料電池提供了高效的納米催化劑，也為改善燃料電池的綜合性能提供了新思路。