科学
科学家已经确定了用于燃料电池的高活性但稳定的催化剂，与现有装置相比，燃料电池只含有四分之一的铂。铂是促进这些燃料电池反应的必要条件。然而，贵金属是稀有且昂贵的。铂 - 钴颗粒与不含贵金属的载体之间的相互作用有助于改善性能。
影响
质子交换膜燃料电池(PEMFC)非常有效。它们代表了轻型和重型车辆的未来动力系统。从汽车工业中的内燃机到燃料电池的广泛过渡需要较低的材料成本和改进的燃料电池性能。在该研究中鉴定的催化剂使用显着更低量的铂，因此降低了成本。新材料还超过了2025 DOE燃料电池性能目标。
摘要
协同催化剂的艺术表现，显示在不含铂族金属的催化载体上的铂 - 钴纳米颗粒(球体)中的核 - 壳活性位点(蓝色)。降低催化剂中铂含量的创新方法，同时保持铂提供的高活性和稳定性，引起了人们的极大兴趣。目前，昂贵的金属在催化PEMFC中的多个反应中起着至关重要的作用，包括氧气分解形成水。美国能源部科学办公室用户设施阿贡国家实验室纳米材料中心(CNM)的科学家正在与阿贡，普渡大学和上海交通大学的科学家和工程师合作推进这项研究。在团队创建催化剂之后，该团队使用CNM在Argonne的高级光子源上使用CNM的像差校正，高分辨率透射电子显微镜和光谱功能对其进行了表征，并使用CNM碳，一种高性能计算集群进行建模。
该合成涉及将含钴多孔金属 - 有机骨架转化为含有钴，氮和碳的催化活性基质，所述基质由纳米尺寸的金属微晶修饰，然后添加铂以形成具有核 - 壳结构的铂 - 钴纳米颗粒。通过电子显微镜测量证实。与含有20%至30%铂的商业燃料电池催化剂相比，这些催化剂仅含有约3%重量的铂。该团队评估了操作PEMFC条件下的催化剂性能。结果显示催化活性显着提高(值为1.08至1.77 A mg Pt -1，超过2025能量目标0.44 A mg Pt -1)和耐久性(在30,000次电压循环后保持高达64%的初始值)。计算模型揭示了铂 - 钴纳米颗粒和无PGM位点之间的相互作用有助于改进。
联系
建国文
纳米材料与阿贡国家实验室中心
[email protected] ; (630)252-3254
Maria K. Chan
纳米材料和阿贡国家实验室中心
[email protected] ; (630)252-4811
刘迪嘉阿贡
国家实验室
[email protected] ; (630)252-4511
资金
这项工作得到了能源部(DOE)燃料电池技术办公室通过能源效率和可再生能源办公室的支持; 美国能源部基础能源科学，化学，生物和地球科学办公室; 美国能源部科学研究生研究生课程; 中国国家重点研究发展计划; 和中国国家自然科学基金会。这项工作部分在美国能源部科学办公室用户设施纳米材料中心进行，并得到美国能源部科学办公室的支持。使用先进光子源和国家能源研究科学计算中心，这两个科学办公室的用户设施，得到能源部，科学办公室，基础能源科学办公室的支持。
