近日，韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院能源科學(xué)與工程系Jong-sung Yu教授團(tuán)隊，采用液相合成法成功制備出鈣鉑合金納米顆粒催化劑，在氫燃料電池實際環(huán)境中展現(xiàn)出遠(yuǎn)超國際標(biāo)準(zhǔn)的卓越表現(xiàn)，有望加速氫能源在交通和電力領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用。目前相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Small》。

攻克鈣難合金化難題，打造理想燃料電池催化劑結(jié)構(gòu)

過去研究表明，將鉑與堿土金屬（如鈣）合金化，有望顯著提升燃料電池催化劑的性能與穩(wěn)定性。然而，由于鈣的電化學(xué)性質(zhì)活潑，難以與貴金屬鉑穩(wěn)定結(jié)合，導(dǎo)致全球范圍內(nèi)該類合金納米催化劑的可控合成始終未能突破。

DGIST團(tuán)隊采用液相合成技術(shù)，成功構(gòu)建出一種鈣鉑有序合金核心—富鉑殼層結(jié)構(gòu)的納米顆粒。這種“核殼結(jié)構(gòu)”不僅結(jié)合了鉑的高活性，也通過鈣元素的引入強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，成為燃料電池催化劑的理想構(gòu)型。

a) PtCa NPs合成示意圖；b) PtCa/C NPs的TEM圖；c) 高分辨TEM圖像；d) HAADF-STEM圖像，展示了Pt（亮斑）和Ca（暗斑）原子的有序排列。

實際應(yīng)用表現(xiàn)遠(yuǎn)超國際標(biāo)準(zhǔn)

研究團(tuán)隊將鈣鉑合金納米顆粒應(yīng)用于燃料電池陽極，在實際運行條件下展現(xiàn)出高功率輸出與優(yōu)異耐久性，全面超越美國能源部設(shè)定的2025性能指標(biāo)。這意味著，該催化劑已具備直接用于氫燃料汽車、電力設(shè)備等應(yīng)用場景的可行性。

為進(jìn)一步揭示性能背后的科學(xué)機(jī)制，研究團(tuán)隊還與德國杜伊斯堡-埃森大學(xué)Exner教授課題組合作開展理論模擬研究，證實鈣-鉑之間的強(qiáng)相互作用是其高耐久性與長期穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在。

“傳統(tǒng)燃料電池催化劑往往難以兼顧高性能與長壽命，而我們此次開發(fā)的鈣鉑合金納米顆粒不僅在兩方面均有出色表現(xiàn)，同時生產(chǎn)成本更低，具備顯著的市場應(yīng)用潛力。”柳鍾成教授表示。因此這項研究結(jié)果有望以低成本、長壽命的方式，推動氫能商業(yè)化落地。

粉體圈Coco編譯