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西安交大科研人員在直接醇類燃料電池陽極催化劑領域取得重要進展

2019-06-28    來源:西安交通大學    瀏覽次數:1703

       直接甲醇燃料電池因其綠色環保、燃料易得、且便于攜帶等優點被廣泛認為在個人電子設備,小型電站和軍事領域存在巨大的使用前景。然而,直接甲醇燃料電池陽極甲醇氧化反應動力學緩慢,并且醇類氧化過程中貴金屬催化劑極易被中間產物毒化,導致催化活性下降。該問題大大影響了該類電池的輸出性能和穩定性,能否解決該問題成為了該類電池能否大規模商用化的關鍵。

針對上述問題,西安交通大學材料學院柳永寧教授課題組譚強博士提出了一種以多孔含氮碳球為載體(NMCS),CeO2納米點為負載錨點,實現納米級CeO2-Pd活性位高分散負載的催化劑制備策略。經過載量優化后的Pd20%-CeO220%/NMCS催化劑在堿性條件下表現出超高的催化活性和穩定性:在CV測試中該催化劑的甲醇氧化峰值電流密度較商用PtRu/C催化劑提高5倍,并且表現出與PtRu/C催化劑相當的抗毒化性能。TEM、XPS和DFT結果表明,多孔含氮碳球豐富的孔結構極大地提升了Pd和CeO2的分散程度,明顯細化了Pd顆粒尺寸,有效地增大了催化劑的電化學活性面積;碳載體中的摻雜氮和納米CeO2點與Pd顆粒之間存在強烈的電子相互作用,該作用降低了Pd表面CO的吸附,提高Pd表面耐CO毒化能力,進一步提升了催化劑的催化活性和穩定性。該催化劑在纖維膜結構的直接甲醇燃料電池中也表現出了優于商用PtRu/C催化劑的性能。這項工作對今后發展高催化活性和穩定性甲醇燃料電池陽極催化劑具有重要指導意義。

上述研究成果近期以《多孔含氮碳球負載高分散性鈀—二氧化鈰復合催化劑的甲醇氧化電催化研究》(Highly dispersed Pd-CeO2Nanoparticles Supported on N-doped Core-Shell Structured Mesoporous Carbon for Methanol Oxidation in Alkaline Media)為題發表在國際權威催化學術期刊《美國化學會催化》(ACS Catalysis)上,影響因子11.38。該論文第一作者為西安交大青年教師譚強,柳永寧教授為通訊作者,合作者包括西北大學朱海燕教授和美國紐約州立大學布法羅分校武剛副教授。西安交大材料科學與工程學院為論文的第一通訊單位。柳永寧教授課題組多年來一直在燃料電池、鋰離子電池材料及超級電容器等能源材料與技術領域進行探索和研究,多項研究成果發表在國際著名期刊。

該項工作得到了國家自然科學基金、中國博士后基金、西安交通大學新教師啟動基金和西安交通大學分析測試共享中心的支持。

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