大连化物所燃料电池催化剂研究取得重要进展
近日，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）醇类燃料电池及复合电能源研究中心（DNL0305组）在高稳定性铂基氧还原反应电催化剂研究方面，研究出一种具有超高稳定性的核壳结构铂铑合金(PtRh/Pt)氧还原反应电催化剂，并揭示该铂铑合金电催化剂核壳结构的协同稳定机制，为设计高稳定Pt基氧还原反应电催化剂提供了重要思路。相关研究成果已发表于ACS Catalysis。
催化剂是燃料电池的关键核心材料，决定了其放电性能和综合寿命，燃料电池阴极氧还原反应动力学速率较慢，在反应中需要使用大量的铂基电催化剂。由于铂基电催化剂成本高、稳定性差，因此导致质子交换膜燃料电池难以大规模商业化应用。
近二十年来，行业内相关研究人员通过构建优势晶面和改变表面铂原子电子结构，开发出了高活性铂基合金(PtM)以减少铂用量。然而合金电催化剂仍面临耐久性不足的问题，如在工况下金属组分易发生溶解导致晶面破坏，以及由于表面铂原子电子结构的改变，导致质量活性急速衰减。
研究团队通过油胺法制备出铂铑合金电催化剂，并通过组分—结构稳定性分析和DFT计算，发现铂铑合金在1万次加速耐久性测试循环过程中，可通过“自愈合”效应形成理想的铂壳层，其表层铂原子的溶解能高于纯铂。
此外，研究团队通过研究还发现，铑原子偏析能明显高于其它核壳结构中的钴和镍，这种铂铑合金核壳间的“协同效应”也同时有效地抑制了铂(Pt)和铑(Rh)的溶解，从而在长达9万次的加速耐久性测试循环后，其半波电位仅负移约5mV、质量活性仍保持88%。
经过研究表明，该铂铑合金催化剂的稳定性远高于商品铂炭催化剂，是迄今为止报道的耐久性最高的氧还原反应铂基电催化剂之一，为设计高稳定Pt基氧还原反应电催化剂提供了重要思路。相关研究成果已发表于ACS Catalysis，并得到了国家自然科学基金重大研究计划集成等项目的资助。
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审核：李虹 编辑：戴欣馨联系邮箱：daixinxin@acmi.org.cn
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