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设计和合成超细小PtCo纳米催化剂
材料人测试客服小陈     5天前 微信扫码分享 登录后可收藏  
应用场景:
质子交换膜燃料电池
关键性能:
当PGM负载量为0.100 mg cm-2时,MA可以达到1.14 A mgPGM-1,额定功率可以达到10.1 W mgPGM-1(1.01 W cm-2)
产品介绍:

PGM催化剂的本征质量活性(MA)由比面积活性(SA)和电化学表面积(ECSA)决定。一方面,提高PGM催化剂的SA,即通过提高单个活性位点的转换频率(TOF),可以在超低PGM负载量的情况下确保整个燃料电池装置的高催化活性。然而TOF的提升无疑会增加物质输运的压力,因为这意味需要向单个活性位点更快地传输反应物同时更快地移走产物。快速的传质也会加快Pt原子的溶解,造成催化剂在PEMFC运转过程中加速失活。同时,膜电极(MEA)中氧气传输的阻碍与催化位点的数目成反比,在超低PGM负载量的情况下活性位点的数目已处于极限状态,少量催化剂的性能下降(由催化剂颗粒聚集和由Ostwald熟化导致的催化剂颗粒增大从而使燃料电池内位点减少)就会造成氧气传输阻碍的显著提高,最终造成显著的性能降低。另一方面,减少催化剂的尺寸,构造超细小的纳米催化剂,使其具有高的ECSA,也是解决超低PGM负载时催化活性受限问题的一个思路。然而,具有高的表面积-体积比的超细小纳米颗粒在在热力学上是亚稳定的,使得纳米颗粒倾向于通过物理聚集或者Ostwald熟化过程发生显著的长大,这会造成ECSA以及MA的逐步损失,稳定性难以满足要求。因此超低PGM负载的PEMFCs的长程稳定性的实现面临十分严峻的挑战,这要求在纳米催化剂的设计中兼顾催化剂尺寸的超细小以及卓越的稳定性。有鉴于此,近日,Nature Nanotechnology期刊报道了设计和合成了一种应用于超低贵金属载量的PEMFCs且十分稳定的由石墨烯纳米口袋保护的超细小PtCo纳米催化剂。通过这种设计,将超细小的纳米催化剂保护在石墨烯纳米口袋中在确保电化学可达到性的同时,还可以限制催化剂的聚集,并且缓解了催化剂的氧化溶解、Ostwald熟化过程。即使在超低PGM负载的十分苛刻的情况下,这种特殊的结构依旧可以确保卓越的催化稳定性。


产品来源:
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