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來(lái)源: 時(shí)間:2024-05-27 10:12:11 瀏覽:1915次

第一作者:Ye-Hua Wang、Yu Yang、Fei-Yue Gao

通訊作者:高敏銳教授

通訊單位:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

DOI: 10.1002/anie.202407613.



研究背景



氫燃料電池以其能量轉(zhuǎn)換效率高、加注速度快、續(xù)駛里程長(zhǎng)、零碳排放等優(yōu)點(diǎn),成為極具吸引力的汽車動(dòng)力源。其中,陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)由于其堿性環(huán)境腐蝕性較小,可使用不含鉑族金屬(PGM-free)的催化劑。然而,在PGM(Pt、Pd等)催化劑上,負(fù)極氫氧化反應(yīng)(HOR)的動(dòng)力學(xué)在堿性介質(zhì)中比在酸性介質(zhì)中慢約100倍,且其來(lái)源仍存在爭(zhēng)議。基于此,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高敏銳教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了以鎳-鎢(Ni-W)合金為模型催化劑對(duì)堿性HOR電催化的新進(jìn)展。



文章要點(diǎn)



1、研究發(fā)現(xiàn),Ni-W合金催化劑的反應(yīng)活性與Ni: W比值密切相關(guān),其中最佳的Ni17W3合金表現(xiàn)出固有的堿性HOR活性。實(shí)驗(yàn)和理論研究表明,與W合金化可以調(diào)整Ni中的未配對(duì)電子,調(diào)整零電荷和催化表面的電位,以有利于羥基吸附(OHad)。同時(shí),OHad與鉀離子(K+)協(xié)同作用,打破K+溶劑化鞘,留下自由的水分子,從而改善了氫鍵(H-鍵)網(wǎng)絡(luò)的連通性。

2、測(cè)試發(fā)現(xiàn),最佳的Ni17W3合金催化劑的堿性HOR活性優(yōu)于最先進(jìn)的鉑/碳(Pt/C)催化劑,并且在10000次循環(huán)后穩(wěn)定運(yùn)行,衰變可以忽略不計(jì)。本發(fā)現(xiàn)提供了對(duì)合金HOR催化劑的新認(rèn)識(shí),并將指導(dǎo)下一代燃料電池催化劑的合理設(shè)計(jì)。



圖文展示



圖1.電化學(xué)HOR活性

圖2.結(jié)構(gòu)表征和表面分析

3.原位光譜研究

4.電子性質(zhì)的研究

5. DFT計(jì)算

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