电子科技大学材料学院报道一种提升质子交换膜燃料电池性能的嵌入型多孔PtCoV纳米合金催化剂
- 2025/5/13 15:45:05 12635
- 来源：电子科技大学
【仪表网 研发快讯】近日，材料与能源学院陈俊松/吴睿团队在Advanced Materials上发表了题为“Unlocking Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance with Porous PtCoV Alloy Catalysts”的研究性论文，报道了一种嵌在碳纳米纤维多孔结构中的PtCoV多孔合金催化剂(PtCoV-EPNF)。电子科技大学材料与能源学院为唯一通讯单位，博士研究生赵磊为论文第一作者，材料与能源学院陈俊松教授、吴睿副研究员为论文共同通讯作者。
针对质子交换膜燃料电池中碳担载Pt基催化剂因离聚合物中磺酸基团毒化导致Pt利用率低的关键问题，研究人员合成了一种嵌在碳纳米纤维多孔结构中的PtCoV多孔合金催化剂(PtCoV-EPNF)。通过高温热解过程中产生的Kirkendall效应，实现了纳米合金的多孔化，从而显著提高了Pt原子的利用率。此外，钒(V)的掺杂优化了Pt的电子结构，增强了PtCo合金的本征活性，并加强了多孔合金中原子间的相互作用，进而提升了催化剂的稳定性。
图1. (a)抗磺酸基团中毒的Pt-离聚物界面微观结构设计示意图。PtCoV-EPNF催化剂纳米颗粒在载体上分布情况表征：(b) SEM图像及相应的(c)颗粒统计分析；(d) STEM图像及相应的(e)颗粒统计分析。
此外，高温碳化阶段，聚丙烯腈与SiO2的限域作用确保了超过90%的Pt合金纳米颗粒被原位封装在碳纤维多孔结构内部(图1)。在制备成膜电极(MEA)催化层时，这种嵌入性的催化剂能有效构筑出Pt-Nafion非直接接触界面，释放了活性位点，提高了低Pt负载下MEA输出功率密度与稳定性(图2)。本研究工作为开发低Pt燃料电池催化剂提供了新的思路。
图2. PtCoV-EPNF催化剂耐离聚物中毒研究。基于不同离聚物与碳质量比的(a) PtCoV-EPNF、(b) PtCoV-LSNF和(c) Pt/C催化层的H2-O2燃料电池极化曲线和功率密度曲线图；(d)不同离聚物与碳质量比的阴极催化层磺酸基团覆盖度和(e)质子传输阻抗；(f) PtCoV-EPNF催化剂与Nafion混合前后的Pt 4f XPS谱图。
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