大連化物所燃料電池介微觀尺度有序結(jié)構(gòu)膜電極研究獲進(jìn)展

　　近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所直接醇類燃料電池研究組（DNL0305組）孫公權(quán)研究團(tuán)隊(duì)在質(zhì)子交換膜燃料電池有序納米結(jié)構(gòu)電極研究方面取得新進(jìn)展：首次模擬酶催化劑的微觀結(jié)構(gòu)，在納米尺度構(gòu)建了具有高效穩(wěn)定三相反應(yīng)界面的燃料電池氧還原電極，質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)量活性超過美國(guó)能源部2015年指標(biāo)，電極穩(wěn)定性處于國(guó)際領(lǐng)先水平。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表于近期的Scientific Reports（doi:10.1038/srep16100）上。

　　氧還原反應(yīng)電極是包括質(zhì)子交換膜燃料電池在內(nèi)的諸多電化學(xué)反應(yīng)裝置的核心部件之一，其性能、壽命、成本對(duì)燃料電池等技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。目前在酸性體系中，傳統(tǒng)氧還原電極鉑基催化材料的大量使用導(dǎo)致燃料電池成本較高。因此，研發(fā)具有低鉑使用量、高活性與高穩(wěn)定性的氧還原反應(yīng)電極對(duì)燃料電池技術(shù)的發(fā)展具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

　　受到酶催化劑中活性中心與傳質(zhì)通道復(fù)合微觀結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，該研究團(tuán)隊(duì)將鉑的納米粒子原位錨定于具有電子傳導(dǎo)與質(zhì)子傳導(dǎo)功能的雙導(dǎo)體納米陣列界面區(qū)域，形成了在納米尺度上同時(shí)具有電子、質(zhì)子、物質(zhì)傳輸通道的三相反應(yīng)界面區(qū)，鉑催化劑利用率顯著提高。另外，鉑納米粒子與載體間的強(qiáng)相互作用改變了鉑的電子結(jié)構(gòu)，不僅大幅提高了氧還原反應(yīng)催化活性，而且使得電極穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。該研究工作為燃料電池多孔電極體系的基本微觀結(jié)構(gòu)提供了新的研究思路，同時(shí)為其批量化的工業(yè)應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

　　近年來(lái)該研究團(tuán)隊(duì)在燃料電池介微觀尺度有序結(jié)構(gòu)膜電極研究方面取得了系列研究進(jìn)展（J. Mater. Chem. A 2013, 1: 491-494, J. Power Sources 2014, 256: 125-132, Inter. J. Hydrog. Energ. 2012, 37: 14543–14548），該工作得到了“973”項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的支持。

大連化物所燃料電池介微觀尺度有序結(jié)構(gòu)膜電極研究獲進(jìn)展