电院能量转换与存储实验室在直接甲醇燃料电池领域取得重要研究成果

近日，上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系能量转换与存储实验室魏浩团队朱文欢老师指导学生在电化学领域权威期刊美国电化学学会会刊《Journal of the Electrochemical Society》和国际知名期刊《ACS Applied Energy Materials》上发表研究成果。研究基于铜铁矿型氧化物-贵金属表/界面结构甲醇催化氧化动力学增强模型，开发了一种低铂/非铂高效催化体系，有望替代传统商用催化剂。论文的通讯作者为朱文欢助理研究员，第一作者分别为孔令伟（博士研究生）和张煦磊（硕士研究生）。

     brief introduction 

基于铜铁矿族抗毒化电催化材料的直接甲醇燃料电池

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研究背景

燃料电池作为一种高效率、低排放的能量转换装置，在双碳战略背景下受到了越来越多的关注。直接甲醇燃料电池(DMFC)，简化了燃料电池系统，与氢燃料电池相比，容易储存和运输，被认为是一种低碳社会的能源解决方案。但现有的DMFC，阳极催化剂的高成本、易毒化的问题限制了其工程化应用。

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创新成果

基于CuAlO2的原位PtCu合金调控催化活性增强策略

研究团队首次在铜铁矿型氧化物基础上，开发了低铂体系的CuAlO2/CuCoO2复合催化剂和非铂体系的AgNixCo1-xO2催化剂，有效克服了催化剂活性、可靠性、耐久性以及成本问题的挑战，多项指标高于商业化Pt/C催化剂，具有潜在的应用价值。研制的低铂催化剂，与传统催化剂相比，具有更高的质量活性(990 mA/mgPt)、比活性(3.30 mA cm-2ECSA)和更优异的甲醇氧化反应动力学性能，同时也大大降低了铂的使用量(5 wt.%)。

基于银基铜铁矿氧化物的非铂甲醇氧化催化剂

团队研制的非铂甲醇氧化催化剂提高了中间体的吸附能力，并且在反应过程中更容易吸附OHads，加速了中间体氧化过程。因此，该催化剂具有较好的抗中毒能力和稳定性。虽然钴具有空的d轨道和未配对的电子，在较低电位下具有较高的活化水的倾向性，但是钴基材料阳极反应动力学缓慢，甲醇分子的吸附性能差，限制了DMFC的效率和活性。团队创新性地利用可控Ni掺杂策略，在铜铁矿氧化物AgNixCo1-xO2中引入了Co-Ni协同作用和离子交换过程，层间银离子在表面生成纳米银团簇，大大加速了催化过程的电子传输速率并能有效地抑制析氧反应，在碱性环境下得到了极高的甲醇催化活性(77.6 mA cm-2, 220 mA mg-1)和耐久性，该研究为开发廉价高效的非铂催化剂提供了一种新的材料体系和性能优化策略。

基于铜铁矿型材料，电院“能量转化与储存实验室”研究团队近两年来与悉尼大学、新加坡南洋理工大学、上海大学等高校开展深入合作，相关成果主要发表在《Sensors and Actuators: B. Chemical》、《The Journal of Physical Chemistry C》等国际知名期刊上。该研究工作受国家自然科学基金等多个项目的资助。

论文链接：

1.https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac7ef6

2.https://doi.org/10.1021/acsaem.2c02126

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来源丨微纳电子学系

文稿丨朱文欢

 编辑 | 孟娴

责任编辑 | 王佳力澜