中國科學技術大學曾杰教授課題組與美國阿克倫大學教授彭振猛合作，近期在質子交換膜燃料電池陰極催化劑研制方面取得重要進展，通過在鈀納米晶上生長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，在催化質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應中表現不俗。

近年來，隨著全球化石能源的消耗與環境污染的加劇，以質子交換膜燃料電池為代表的新型清潔能源的研究和應用受到廣泛關注。但是，這項技術還存在著明顯的瓶頸，主要表現在針對電池陰極的氧還原反應催化劑活性和穩定性較低，制約了電池的輸出功率和充放電循環次數，從而阻礙了質子交換膜燃料電池的商業化進程。

面對這一挑戰，曾杰教授課題組設計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，并實現了對鉑鎳原子比例的調控。這種核殼型納米催化劑的內部為一種低催化活性但非常穩定的鈀核，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，還兼具氧還原反應所需要的高活性表面晶面。

研究表明，該催化劑對于質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應的活性高達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部存在較為穩定的鈀核，使得其整體穩定性大幅度提高，在循環充放電測試6000次后，未見其性能有顯著降低。

該成果近日發表在國際著名化學期刊《美國化學會志》上。專家介紹，這項研究成果為開發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。