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大工在能源电化学燃料电池电催化领域取得重要进展

作者:化工学院/宋玉江 来源:化工与环境生命学部 时间:2017-01-05 09:26

近日,化工学院宋玉江教授带领的能源电化学工程研究组在燃料电池电催化领域取得了重要进展。

能源电化学工程研究组主要研究低铂及非铂电催化剂、燃料电池膜电极光驱动制备工艺、低温直接生物质燃料电池和二氧化碳电催化还原制备小分子燃料。研究组在非铂电催化剂方面的最新研究成果以封面文章发表在Advanced Functional Materials上。

电催化剂是燃料电池汽车发动机中的核心材料,非铂电催化剂有望在未来获得实际应用。燃料电池汽车能量转化效率高,不排放二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、硫氧化物和致霾颗粒物,仅排放清洁的水,其商业化进程已经在世界范围内拉开帷幕,我国已将燃料电池汽车确立为战略性新兴产业,加大力度重点支持相关的基础研究和技术开发。然而,目前燃料电池汽车发动机中使用高成本的铂基电催化剂,阻碍了燃料电池汽车的大规模商业化进程,降低铂基电催化剂的用量或者研发非铂电催化剂是燃料电池汽车发展的必由之路。

此项研究工作突破了传统方法制备非贵金属电催化剂的局限,将蒸发引导的分子自组装技术与高温热解方法相结合,可控制备了结构新颖的非贵金属电催化剂,该电催化剂以碳黑为核、氮参杂的类石墨烯多层为壳,此前文献中尚无核-壳结构非贵金属电催化剂的报道。与商业铂基电催化剂相比,核-壳结构非贵金属电催化剂在酸性和碱性电解液中均表现出优异的氧还原活性和耐久性。高活性源自电催化剂高密度的活性位;高耐久性则与多层的外壳结构密切相关,即外壳层活性位损耗后,暴露的内壳层活性位保持了电催化剂的活性,有效地提高了电催化剂的耐久性,从而为酸性条件下非贵金属电催化剂耐久性低的科学难题提出了可行的解决方案。此外,核-壳结构非贵金属电催化剂在酸性和碱性电解液中表现出了丰富的氧还原反应机理,在碱性电解液中以直接四电子过程为主,而在酸性电解液中以间接四电子过程为主。

在燃料电池单电池测试方面与加拿大国家研究院的Shuhui Sun教授进行了合作,研究工作得到了科技部新能源汽车重点专项、辽宁省“百千万人才工程”百层次项目和大连市“杰出青年科技人才”等项目的资助。香港科学网对此项工作进行了报道。

责任编辑:姚璐

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