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10月14日，記者從海南大學(xué)獲悉，該校海洋科學(xué)與工程學(xué)院副教授苗政培團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出富電子氮化鈦介導(dǎo)的鉑鎳鈷合金催化劑，為解決直接甲醇燃料電池實(shí)用化過程中一氧化碳中毒與過渡金屬溶解等關(guān)鍵難題，提供了解決方案。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《美國化學(xué)學(xué)會(huì)中心科學(xué)》。

當(dāng)前，直接甲醇燃料電池以甲醇為燃料，具有燃料來源廣泛、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電源和小型發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。然而在實(shí)際使用過程中，高濃度甲醇容易導(dǎo)致催化劑表面一氧化碳中間體的大量積累，引發(fā)催化劑中毒。此外，鉑基合金中的鎳、鈷等過渡金屬在酸性和高電位環(huán)境下易發(fā)生溶解，造成催化活性下降，并加速關(guān)鍵膜材料的降解，進(jìn)而導(dǎo)致電池阻抗的增加，影響整體性能和使用壽命。

針對這些制約因素，苗政培團(tuán)隊(duì)基于電子結(jié)構(gòu)調(diào)控理念，將電子富集的氮化鈦?zhàn)鳛榇呋瘎┲误w，并與鉑鎳鈷合金組配，實(shí)現(xiàn)了催化劑在實(shí)際器件中性能的明顯提升。研究顯示，金屬與載體之間的強(qiáng)電子耦合效應(yīng)，使得界面處電子轉(zhuǎn)移有效降低了鉑與一氧化碳的結(jié)合強(qiáng)度，增強(qiáng)了催化劑的抗中毒能力。同時(shí)，優(yōu)化的電子環(huán)境也增強(qiáng)了鉑與鎳、鈷之間的化學(xué)鍵強(qiáng)度，顯著抑制了過渡金屬元素的溶解。在加速耐久性測試中，富電子催化劑中鎳、鈷的溶解速率較以商業(yè)化碳載體負(fù)載的鉑鎳鈷合金催化劑，降低幅度超過50%。膜電極組裝測試顯示，該催化劑在100毫安每平方厘米條件下連續(xù)運(yùn)行50小時(shí)，僅有9.6%的電壓衰減，峰值功率密度保持率達(dá)到89.3%，整體穩(wěn)定性較采用商業(yè)化碳載體負(fù)載的對比催化劑提升近4倍。相關(guān)催化機(jī)制也通過密度泛函理論計(jì)算及壽命加速實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證。

苗政培表示，該研究為直接甲醇燃料電池高效、耐久催化劑的開發(fā)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)也為質(zhì)子交換膜燃料電池、甲酸燃料電池等其他受中毒與腐蝕影響的電化學(xué)能源體系提供了新的研究思路。