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通過封裝 L1₀-PtCo 和 L1₂-Pt₃Co 金屬間化合物實(shí)現(xiàn)低鉑燃料電池的超高活性和耐用性

理化（香港）有限公司2024年度論文獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃入選論文

在氫能發(fā)展進(jìn)程中，傳統(tǒng)鉑催化劑昂貴的使用成本限制了燃料電池技術(shù)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。催化劑作為氫燃料電池電堆的核心部件之一，成本占比30%。因此，降低鉑載量及開發(fā)非鉑新型催化材料，備受業(yè)界關(guān)注。

近日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所邢巍研究員課題組在國(guó)際期刊《Small》發(fā)表題為《Ultra-High Activity and Durability of Low-Platinum Fuel Cells Enabled by Encapsulation of L1₀-PtCo and L1₂-Pt₃Co Intermetallic Compounds》重磅論文（JCR一區(qū)，IF：13.3），該論文研為新型催化劑材料開發(fā)提供了新的技術(shù)思路。

論文報(bào)告了一種新型結(jié)構(gòu)合金催化劑，其特點(diǎn)是鉑-鈷金屬間化合物具有鉑皮，并被共價(jià)有機(jī)框架（COF）衍生的碳載體包裹。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)將合金誘導(dǎo)的應(yīng)變效應(yīng)和保護(hù)性封裝結(jié)合在一起，在 0.02 mg_Pt cm^-2 的超低鉑載量條件下就能產(chǎn)生卓越的催化活性和穩(wěn)定性。這種催化劑在燃料電池測(cè)試中表現(xiàn)出 1.77 W cm^-2 的峰值功率密度。它表現(xiàn)出了 2.15 A mg_Pt^-1（@0.9 V）的最高質(zhì)量活性，是商用 Pt/C（0.40 A mg_Pt^-1）的 5.38 倍。更重要的是，使用這種新型催化劑組裝的燃料電池顯示出卓越的耐久性，在 0.8 A cm-2 條件下循環(huán) 100,000 次后，電壓僅下降 9.9 mV，質(zhì)量活度保持率為 85%（1.83 A mg_Pt^-1），遠(yuǎn)超DOE在2025年設(shè)定的質(zhì)量活性（ME）目標(biāo)（0.44 Amg_Pt^-1），是它的4.2倍。值得注意的是，在氫氣-空氣條件下，運(yùn)行230小時(shí)后，0.6V時(shí)的電流密度僅有略微下降。

第一作者：李宮

論文期刊：《Small》

論文分區(qū)：JCR一區(qū)

影響因子：13.3

論文單位：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所邢巍研究員課題組

論文DIO：

https://doi.org/10.1002/smll.202407163

使用設(shè)備：DSR數(shù)字型旋轉(zhuǎn)圓盤圓環(huán)電極裝置

該論文研究使用理化（香港）有限公司提供的DSR數(shù)字型旋轉(zhuǎn)圓盤圓環(huán)電極裝置，獲得良好的實(shí)驗(yàn)譜圖效果。

DSR數(shù)字型旋轉(zhuǎn)圓盤圓環(huán)電極裝置是理化（香港）有限公司開發(fā)的新一代RRDE儀器——精益品質(zhì)，先進(jìn)設(shè)計(jì)，再造經(jīng)典。

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