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姜鲁华团队在燃料电池非贵金属催化剂方面取得新进展
2021-06-09 09:13 刘静 

氢-氧燃料电池比能量高、环境友好,作为零碳排放的发电装置在动力电源和固定电站应用前景广阔。近年来发展的阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs),得益于其碱性工作环境,为非铂电催化剂的实际应用提供了可能,燃料电池的成本有望大幅降低。然而,相比酸性电解质,碱性电解质中氢氧化反应(HOR)动力学要慢2-3个数量级。因此,开发碱性电解质中高效、稳定的HOR电催化剂至关重要。

近期,材料学院泰山学者姜鲁华团队联合中科院大连化物所和美国爱荷华州立大学的理论科学家,在Ni基HOR催化剂的研究方面取得进展,相关成果以“Ultrafine nickel nanoparticles encapsulated in N-doped carbon promoting hydrogen oxidation reaction in alkaline media”为题,发表在国际催化顶级期刊ACS Catalysis上(影响因子12.350)。该工作以青岛科技大学为第一单位,材料学院姜鲁华教授、刘静副教授以及大连化物所肖建平研究员为共同通讯作者,材料学院2019级硕士研究生王杰和大连化物所董雪博士为共同第一作者。

在该工作中,研究人员首次巧妙地构筑了超薄多孔氮杂碳层包覆的超细Ni纳米粒子(3nm),并通过调控碳层厚度(1-3层)实现对金属Ni表面电子结构的调控,Ni的d带中心下移,从而削弱金属Ni对HOR中间物种H*和OH*的吸附能,降低HOR能垒;另一方面超薄碳层还起到了稳定Ni纳米粒子的作用;此外,高比表面超细Ni纳米粒子为HOR反应提供了充足的活性位点。基于以上优势,该催化剂在半电池和AEMFC全电池中均展现出优异的性能和稳定性。该项工作为设计高效稳定的非贵金属燃料电池催化剂提供了新的策略。

该项研究获得国家自然科学基金、山东省重点研发计划、山东省泰山学者计划和辽宁省振兴人才计划等项目的资助。

全文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c01284

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