“新的催化剂超过了能源部执行氧还原反应的目标”

阻碍汽车、卡车和其他车辆广泛采用的环保氢燃料电池的主要原因之一是进行电池业务的铂催化剂的价格。 减少贵金属的一个方法是与其他廉价金属结合，但这些合金催化剂经常在燃料电池条件下迅速分解。

目前，布朗大学的研究人员开发了一种新的合金催化剂，可以减少铂的采用，同时在燃料电池测试中保持良好的状态。 据joule杂志报道，纳米粒子中由铂和钴合金合金化的催化剂在反应性和耐久性方面超过了美国能源部( doe )的年度目标。

合金催化剂的耐久性是这个行业的大问题，brown的化学研究生和这项研究的第一作者junrui li说。 合金最初的性能优于纯铂，但表明在这种情况下，催化剂的非贵金属部分在燃料电池内部被氧化并迅速浸出。

为了应对这个浸出问题，li和同事开发了具有特殊结构的合金纳米粒子。 粒子具有包围由交替的铂和钴原子层构成的芯的纯铂外壳。 该研究的资深作者、布朗化学教授寿胜孙说，该分层核心结构是催化剂反应性和耐久性的关键。

sun先生说，中原子的分层排列有助于使壳中的铂晶格平滑、收紧。 这样可以提高铂的反应性，保护钴原子在反应中不被食用。 所以，这些粒子比金属原子随机排列的合金粒子好得多。

关于秩序结构如何增强催化剂活性的详细情况在joule论文中进行了简要叙述，更具体地说，在发表于journal of chemical physics的个别计算机建模论文中进行了叙述。 建模工作由布朗工程学院副教授andrew peterson指导，他也是joule论文的共同作者。

关于实验工作，我们测试了催化剂进行氧还原反应的能力，这对于燃料电池的性能和耐久性至关重要。 在质子交换膜( pem )燃料电池的一侧，从氢燃料剥离的电子产生驱动马达的电流。 在电池的另一侧，氧原子吸收这些电子完成电路。 这是通过氧还原反应实现的。

初步测试表明，催化剂在实验室环境中表现良好，优于以前传入的铂合金催化剂。 新催化剂在30，000次电压循环后维持活性，但以前传来的催化剂性能大幅下降。

研究人员表示，虽然实验室测试对判断催化剂的性质至关重要，但并不一定表现出催化剂在实际燃料电池中的行为。 与实验室的测试环境相比，燃料电池环境更热，酸度不同，可以加速催化剂的分解。 为了弄清催化剂在这种环境下的稳定性，研究人员将催化剂送到洛斯阿拉莫斯国家实验室进行了实际的燃料电池测试。

测试表明，该催化剂打破了能源部( doe )为初期活动和长时间耐久性设定的目标。 美国能源部已经要求研究人员开发催化剂，年初期活性为每毫克铂0.44安培，30，000次电压循环后的活性至少为0.26安培/毫克(相当于采用燃料电池汽车约5年)。 新催化剂测试表明，该催化剂具有0.56安培/毫克的初始活性和30，000次循环0.45安培后的活性。

sun说，即使在30，000个循环之后，我们的催化剂也超过了doe的初期活动目标。 在现实世界的燃料电池环境中，这种表现真的很有前途。

研究人员想申请关于催化剂的临时专利，继续开发和改善催化剂。

本文：《“新的催化剂超过了能源部执行氧还原反应的目标”》