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2月3日，《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）在線刊發(fā)化學與化工學院王得麗教授團隊的最新研究成果“贗Pt單層穩(wěn)固催化氫氧化”（Pseudo-Pt Monolayer for Robust Hydrogen Oxidation, J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/jacs.2c11907）。
在雙碳目標的背景下，“變革性”的堿性膜燃料電池技術(shù)為緩解氫能轉(zhuǎn)化過程中的卡脖子問題——“Pt原子經(jīng)濟性”提供了可能。然而，該項技術(shù)陽極端的氫氧化催化劑活性和穩(wěn)定性仍然堪憂，特別是關(guān)于穩(wěn)定性的衰退機制尚不明確，極大地限制了該項技術(shù)的商業(yè)化發(fā)展。
Pt/C的穩(wěn)定性衰退機制指導贗Pt單層結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略
針對上述問題，王得麗教授團隊首先從商業(yè)Pt/C穩(wěn)定性入手，提出兩段式的衰退機制：1.電位低于0.5 V vs RHE時，Pt原子催化碳載體氧化生成CO，CO*物種隨后反溢流至Pt表面導致催化劑毒化，電化學活性面積降低；2.電位高于0.5 V vs RHE時，溶液中的OH*物種促使Pt納米晶表面的Pt原子脫離本體，活性位點銳減。依據(jù)此機制該團隊提出一種外延生長贗Pt單層結(jié)構(gòu)的新型催化劑（PmPt@IrPd/C），該催化劑能夠結(jié)合內(nèi)核和外殼的高穩(wěn)定性和高活性，實現(xiàn)兼顧提升催化活性和穩(wěn)定性的目標。研究表明，其在0.5 V vs RHE的電位下能穩(wěn)定工作50,000圈，在1.0 V vs RHE的高正端電位下仍能穩(wěn)定工作20,000圈，明顯優(yōu)于商業(yè)Pt/C。以PmPt@IrPd/C為陽極催化劑裝配的堿性膜燃料電池在超低的Pt用量下，功率密度可達1.27 W cm-2。該研究成果為堿性膜燃料電池中高活性和高穩(wěn)定性的催化劑開發(fā)提供了理論依據(jù)和設(shè)計思路。
華中科技大學為該項工作的第一完成單位及通訊單位，化學與化工學院趙桐輝博士為該論文的第一作者，王得麗教授為論文通訊作者。該工作得到了武漢大學在電池組裝、重慶大學在理論計算，中科院物理所在球差電鏡，以及化學與化工學院楊旋教授課題組在原位譜學方面的支持，同時新加坡南洋理工大學David Lou教授在論文寫作方面給予了指導。該研究得到了國家自然科學資金（91963109）、中部高校基礎(chǔ)科研基金（2019kfyRC-PY100）以及中國博士后科學基金（2021M703071）的資助。
