元素百科介绍了质子交换膜燃料电池阴极催化剂的开发进展。近日，中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室教授曾杰与Akron大学教授彭振猛、中国科学院上海应用物理研究所教授司锐合作，在质子交换膜燃料电池阴极催化剂开发方面取得新进展。研究人员基于集团效应（ensemble effect）铂超细纳米线催化剂与铑原子混合，在燃料电池阴极氧还原反应中表现出高活性和高稳定性。
什么是质子交换膜燃料电池？
质子交换膜燃料电池（PEMFCs）清洁能源转换技术在运输工具和移动设备的高效电力运输中具有广阔的前景。然而，由于动力学缓慢，需要大量贵金属铂作为催化剂，其阴极氧还原反应增加了相关部件的制造成本，从而限制了该技术的商业化。在氧还原反应中提高铂催化剂的质量活性，可以有效降低铂的用量，从而降低成本。提高催化剂中铂利用率的策略层出不穷。许多已报道的铂催化剂具有优异的质量活性，但大多数催化剂的稳定性并不可观。这些铂催化剂的稳定性不足主要是由于热力学中依赖于高质量活性的结构不稳定，因此不能具有高质量的活性和优良的稳定性。
质子交换膜燃料电池的工作原理
面对这一挑战，研究人员引入铑原子，增强其稳定性，同时通过调整铂基催化剂的维度来改变对称性和与碳负荷的接触面积。掺有铂超细纳米线的铑原子直径仅为1.3纳米，铂原子利用率高达48.6%。掺有铂基超细纳米线的碳负载铑原子的质量活性和比活性分别达到商用铂碳催化剂的7.8倍和5.4倍。同时，催化剂在氧气氛围中回收1万次后，质量活性性能损失仅为9.2%，而相对商用铂碳催化剂在氧气氛围中回收1万次后，质量活性性能损失达到72.3%。
该研究得到了中国科学院前沿科学重点研究项目、国家重大科学研究计划、国家自然科学基金、博士后科学基金等项目的资助。
