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北京大學(xué)
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電池高性能低鉑電催化劑

2021-02-01 09:14:58
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關(guān)鍵詞: 催化劑
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所屬領(lǐng)域:
高端裝備制造
項(xiàng)目成果/簡介:

電池高性能低鉑電催化劑研究首先合成含有高指數(shù)面的Pt3Fe 多級納米線,再通過煅燒得到含有兩個原子層厚的 Pt-skin結(jié)構(gòu),并評估了該材料在酸性介質(zhì)中的氧還原和醇氧化催化性能,最后基于 DFT 理論計(jì)算結(jié)果證明含有高指數(shù)面的 Pt-skin表面對反應(yīng)中間體的吸附能優(yōu)化,有利于電催化反應(yīng)的進(jìn)行。該工作首次將 Pt-skin和高指數(shù)面結(jié)合,在催化劑活性和穩(wěn)定性方面有了很大提升,為高性能電催化材料的設(shè)計(jì)和開發(fā)指出了新方向。

應(yīng)用范圍:

質(zhì) 子 交 換 膜 燃 料 電池(PEMFCs)有利于解決目前全球性的能源短缺,環(huán)境污染及氣候變化等問題,被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的理想動力供應(yīng)設(shè)備。

項(xiàng)目階段:

北京大學(xué)工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型合成路線,得到了具有Pt-skin結(jié)構(gòu)和高指數(shù)晶面的一維納米線結(jié)構(gòu)。物理表征結(jié)果證實(shí),所得鋸齒狀一維Pt3Fe 納米線表面形成了約兩個原子層厚的 Pt-skin 結(jié)構(gòu)。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,該催化劑的比質(zhì)量和面積活性分別達(dá)到了 4.34mAc㎡ 和 2.11Amg,比商業(yè)Pt/C分別高出16.7和 13.2倍,且具有極為卓越的電化學(xué)穩(wěn)定性。進(jìn)一步計(jì)算研究發(fā)現(xiàn),這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)的配位和應(yīng)力效應(yīng)能夠優(yōu)化氧吸附能,從而大大提高催化活性。該工作將對電催化理論研究和新型高效燃料電池電催化劑的開發(fā)具有指導(dǎo)意義,也為下一代高性能低成本電催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新思路。

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