科技日报 王祝华 通讯员 任维钧
氢能具有无污染和零碳排放等特点，是公认的清洁能源。近年来，高效铂基催化剂的性能已取得极大的突破，而对催化剂稳定性，特别是电池及器件稳定性的研究仍然较少。针对上述难题，由海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室田新龙教授领衔的科研团队采用（电）化学腐蚀方法对铂基催化剂的近表面结构和组分进行调控，大幅度提高了铂镍合金催化剂在实际氢-氧燃料电池中的性能。相关研究成果日前发表于《科学》杂志。
田新龙团队 受访者供图
近年来，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等先后制定了氢能发展规划。我国有望成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为是最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。氧还原反应是氢氧燃料电池和金属-空气电池等新能源技术的核心反应，需要价格昂贵、资源稀缺的贵金属铂作为催化剂来克服较为迟缓氧还原反应动力学。因此，研发低成本、高活性和高稳定性的氧还原催化剂是发展燃料电池等能源技术的关键。
田新龙通过对铂基催化剂的近表面结构和组分进行调控，实现高稳定性一维结构和高活性的合金空心结构等特征的有效结合，从而大幅改善了铂镍合金催化剂在实际氢-氧燃料电池器件中的输出功率和使用寿命。
该催化剂的质量活性和比活性是目前商业铂催化剂的15倍以上。更令人振奋的是，该催化剂展示出极为优异的催化稳定性，经过连续5万圈循环测试后，其质量活性只衰减了1.3%。此外，以该催化剂组装的燃料电池也展示出优异的性能和稳定性。原位X射线同步辐射吸收光谱和理论计算表明，这种催化剂结构有利于优化氧还原过程中的铂氧物种吸附强度，在改善氧还原催化性能的同时，亦能保持催化剂的较高性能和结构稳定性。
据了解，这项研究成果为合理设计低成本、高活性和高稳定性铂合金催化材料提供了一种有效的策略，将有助于改善铂合金催化材料在新能源器件中的服役水平和寿命，对发展新能源技术具有重要的意义。
