中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組與美國(guó)阿克倫大學(xué)教授彭振猛合作，近期在質(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(guò)在鈀納米晶上生長(zhǎng)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。

近年來(lái)，隨著全球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)還存在著明顯的瓶頸，主要表現(xiàn)在針對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)試6000次后，未見(jiàn)其性能有顯著降低。

該成果近日發(fā)表在國(guó)際著名化學(xué)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。專家介紹，這項(xiàng)研究成果為開(kāi)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。