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科技日報記者 吳長鋒
30日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校高敏銳教授課題組與南京理工大學蘭司教授課題組合作，設計并研制了一種用于堿性膜燃料電池陽極氫氧化反應的鎳-鉬-鈮三元合金玻璃催化劑，實現了比肩鉑的催化活性和穩定性。相關成果近日發表于國際學術期刊《自然·催化》，同時，期刊“新聞和視點”專欄對其進行了詳細評述。
中國科大供圖
由于質子交換膜燃料電池對鉑族催化劑的依賴導致器件成本過高，相比之下，堿性膜燃料電池允許使用非貴金屬催化劑、廉價的雙極板和隔膜，具有顯著的市場優勢。然而，堿性膜燃料電池陽極氫氣氧化反應（HOR）反應動力學遲緩；同時，非貴金屬催化劑在運行條件下結構易變性強。因此，基于非貴金屬設計高活性、高抗氧化性的HOR催化劑是堿性膜燃料電池實用化面臨的巨大挑戰。
研究人員提出了一種新型多元合金玻璃策略，利用熔融紡絲法成功研制了鎳-鉬-鈮三元合金玻璃催化劑。最優化的合金玻璃展現了與鉑比肩的催化活性；同時，其在氧化在高電位時仍保持結構穩定，展現了優異的抗氧化特性。另外，與鉑族催化劑極易受一氧化碳吸附而“中毒休克”相比，該合金玻璃催化劑在含有2%一氧化碳雜質氣體的氫氣燃料中依然表現出很高的HOR催化活性。
研究人員發現，對合金玻璃施加高氧化電位，其在室溫和45℃下均能穩定工作。隨后，他們將合金玻璃條帶制作成粉末并測試其膜電極組裝性能。在氫-氧測試條件下，優化后的燃料電池在0.65V電壓下能產生每平方厘米338毫安的電流密度，其峰值功率密度達到每平方厘米390毫瓦。即使在氫-空條件下，合金玻璃驅動的燃料電池也表現優異：在0.65V時能夠提供每平方厘米201毫安的電流密度，其最大功率密度達到每平方厘米253毫瓦。以上的膜電極組裝性能，代表了當前非貴金屬催化劑驅動的堿性膜氫燃料電池能達到的最佳值。
關鍵詞： 催化活性
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