由于其高效环保，燃料电池越来越广泛地应用于燃料电池汽车(FCV)，如轿车、叉车、公共汽车和飞机。然而，该电池催化剂的高生产成本阻碍了其大规模生产和应用。
(来源:中国科学技术大学)
燃料电池催化剂通常由铂或铂合金制成，在多孔碳载体上涂有一薄层过渡金属。铂是一种理想的催化材料，能有效抵抗酸性条件，有效提高化学反应速度。但是这种材料储量有限，成本高。因此，迫切需要开发和筛选低铂含量、高催化活性的新型催化剂来实现燃料电池的商业化。
据国外媒体报道，中国科学技术大学(USTC)等机构的研究人员通过高温硫锚定成功合成了小尺寸铂金属间化合物纳米颗粒(i-NP)催化剂，其中铂负载量超低，并实现了高质量的活性。研究人员还建立了i-NP库，包括46种铂纳米颗粒(NP)，以筛选低成本和耐用的电极材料，并系统地探索I-NP的结构和活性关系。
I-NPs因其独特的原子有序性和在许多化学反应中优异的催化性能而备受关注。但在i-NPs合成的高温环境下，不可避免地会发生金属烧结，导致晶粒变大。这会降低材料的比表面积和催化活性，最终降低铂的利用率，增加燃料电池的成本。
研究小组利用了铂和硫之间强烈的化学相互作用。在硫掺杂的碳(S-C)载体上制备铂金属间化合物，以抑制纳米颗粒的高温烧结并获得平均尺寸为5nm的原子有序I-纳米颗粒。S-C载体具有良好的抗烧结性，1000℃高温退火后得到的Pt纳米颗粒平均直径仍小于5 nm。然而，经过同样的退火处理后，商业炭黑载体上的铂烧结严重。
为了利用这种烧结阻力，研究人员在S-C载体上合成了46种小尺寸的铂基i-NP，并建立了I-NP库。特定的光谱表征结果证实了铂硫键之间的相互作用增强。此外，X射线衍射(XRD)结果表明，库中的i-NP催化剂具有较高的有序度和较小的尺寸，这与高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)的观察和统计分析相一致。
研究负责人梁教授说:“基于i-NP库，我们可以系统地研究催化剂的结构与性能之间的关系。足够数量的样本将有助于我们筛选有效的催化剂，有望大幅降低燃料电池的成本。”研究人员筛选出I-NP，并将其应用于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)。在氧化还原反应中，这些催化剂表现出优异的电催化性能。特别是对于氢气-空气PEMFC，虽然i-NP的铂负载量比Pt/C低11.5倍，但这些I-NP催化剂的阳极仍然表现出与Pt/C阳极相同的性能。
该研究为氢燃料电池用铂合金催化剂的合成提供了一种通用方法。这种方法有望减少铂的用量，从而降低燃料电池的成本。梁教授说:“通过设计碳载体的多孔结构和表面功能，可以进一步提高燃料电池的效率，从而加速它们从实验室向大众的转移。”由于其高效环保，燃料电池越来越广泛地应用于燃料电池汽车(FCV)，如轿车、叉车、公共汽车和飞机。然而，该电池催化剂的高生产成本阻碍了其大规模生产和应用。
(来源:中国科学技术大学)
燃料电池催化剂通常由铂或铂合金制成，在多孔碳载体上涂有一薄层过渡金属。铂是一种理想的催化材料，能有效地抵抗酸性条件，有效地提高化学反应速率……动作速度。但是这种材料储量有限，成本高。因此，迫切需要开发和筛选低铂含量、高催化活性的新型催化剂来实现燃料电池的商业化。
据国外媒体报道，中国科学技术大学(USTC)等机构的研究人员通过高温硫锚定成功合成了小尺寸铂金属间化合物纳米颗粒(i-NP)催化剂，其中铂负载量超低，并实现了高质量的活性。研究人员还建立了i-NP库，包括46种铂纳米颗粒(NP)，以筛选低成本和耐用的电极材料，并系统地探索I-NP的结构和活性关系。
I-NPs因其独特的原子有序性和在许多化学反应中优异的催化性能而备受关注。但在i-NPs合成的高温环境下，不可避免地会发生金属烧结，导致晶粒变大。这会降低材料的比表面积和催化活性，最终降低铂的利用率，增加燃料电池的成本。
研究小组利用了铂和硫之间强烈的化学相互作用。在硫掺杂的碳(S-C)载体上制备铂金属间化合物，以抑制纳米颗粒的高温烧结并获得平均尺寸为5nm的原子有序I-纳米颗粒。S-C载体具有良好的抗烧结性，1000℃高温退火后得到的Pt纳米颗粒平均直径仍小于5 nm。然而，经过同样的退火处理后，商业炭黑载体上的铂烧结严重。
为了利用这种烧结阻力，研究人员在S-C载体上合成了46种小尺寸的铂基i-NP，并建立了I-NP库。特定的光谱表征结果证实了铂硫键之间的相互作用增强。此外，X射线衍射(XRD)结果表明，库中的i-NP催化剂具有较高的有序度和较小的尺寸，这与高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)的观察和统计分析相一致。
研究负责人梁教授说:“基于i-NP库，我们可以系统地研究催化剂的结构与性能之间的关系。足够数量的样本将有助于我们筛选有效的催化剂，有望大幅降低燃料电池的成本。”研究人员筛选出I-NP，并将其应用于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)。在氧化还原反应中，这些催化剂表现出优异的电催化性能。特别是对于氢气-空气PEMFC，虽然i-NP的铂负载量比Pt/C低11.5倍，但这些I-NP催化剂的阳极仍然表现出与Pt/C阳极相同的性能。
该研究为氢燃料电池用铂合金催化剂的合成提供了一种通用方法。这种方法有望减少铂的用量，从而降低燃料电池的成本。梁教授说:“通过设计碳载体的多孔结构和表面功能，可以进一步提高燃料电池的效率，从而加速它们从实验室向大众的转移。”
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