研究人员提出硒锚定方法 有效提升燃料电池铂催化剂耐久性

在燃料电池核心技术中，铂一直被用作促进氧化还原反应的催化剂。但是，这种金属价格昂贵，对燃料电池与更廉价的汽车和家用能源的竞争，造成一定障碍。据外媒报道，佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的研究人员开发出一种新型铂基催化系统，比传统商用系统更耐用，使用寿命更长。从长远来看，可以降低燃料电池生产成本。

研究人员提出新方法，解决导致铂催化剂降解的重要问题，那就是熔结现象。在熔结过程中，铂颗粒集合成群，减少铂的比表面积，导致催化剂活性下降。 为了减少这种现象的发生，研究人员开发一种锚定铂颗粒的方法，利用硒元素将铂颗粒固定至碳载体材料。 Zhengming Cao表示“有几种缓解熔结现象的方法，比如使用大小一致的铂颗粒，减少化学不稳定性。新方法采用硒这种物质，促使铂和碳载体材料之间发生金属载体强相互作用，明显提高电池耐久性。同时，可以使用更加细小的铂颗粒，增加表比面积，提高催化剂活性。”

在该工艺过程中，首先将硒纳米球置于商用碳载体材料表面，然后，硒会在高温下熔解，并均匀地覆盖在碳表面。接着，硒与铂的盐前体反应，生成直径小于2纳米的铂颗粒，再次均匀覆盖碳表面。硒和铂之间通过共价相互作用，形成紧密的连接，将铂颗粒固定在碳上。佐治亚理工大学Younan Xia教授表示“由此所产生的催化系统具有非常高的活性和耐久性。”

因为铂纳米颗粒的表比面积增加，新催化系统的初始催化活性，要比当前最先进的商用铂碳催化剂的原始价值高三倍半。接着，研究团队通过加速耐久性试验，测试催化系统。即便经过20000次电位扫描循环，新系统的催化活性，仍然是商用系统的三倍多。

在不同阶段的耐久性试验中，研究人员使用投射电子显微镜，来检测催化剂保持高活性的原因。他们发现，硒锚定方法非常有效，可以让大部分铂颗粒持守位置。Cao表示“经过20000次循环，大多数粒子保留在碳载体上，没有出现脱离或积聚。我们相信，这种催化系统具有很大的潜力，可以有效提升铂催化剂的耐久性和活性，扩大燃料电池应用范围。”