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來(lái)源：時(shí)間：2024-05-27 10:12:11 瀏覽：3171次

第一作者：Ye-Hua Wang、Yu Yang、Fei-Yue Gao

通訊作者：高敏銳教授

通訊單位：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

DOI: 10.1002/anie.202407613.

研究背景

氫燃料電池以其能量轉(zhuǎn)換效率高、加注速度快、續(xù)駛里程長(zhǎng)、零碳排放等優(yōu)點(diǎn)，成為極具吸引力的汽車(chē)動(dòng)力源。其中，陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）由于其堿性環(huán)境腐蝕性較小，可使用不含鉑族金屬（PGM-free）的催化劑。然而，在PGM（Pt、Pd等）催化劑上，負(fù)極氫氧化反應(yīng)（HOR）的動(dòng)力學(xué)在堿性介質(zhì)中比在酸性介質(zhì)中慢約100倍，且其來(lái)源仍存在爭(zhēng)議。基于此，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高敏銳教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了以鎳-鎢（Ni-W）合金為模型催化劑對(duì)堿性HOR電催化的新進(jìn)展。

文章要點(diǎn)

1、研究發(fā)現(xiàn)，Ni-W合金催化劑的反應(yīng)活性與Ni: W比值密切相關(guān)，其中最佳的Ni₁₇W₃合金表現(xiàn)出固有的堿性HOR活性。實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，與W合金化可以調(diào)整Ni中的未配對(duì)電子，調(diào)整零電荷和催化表面的電位，以有利于羥基吸附（OH_ad）。同時(shí)，OH_ad與鉀離子（K⁺）協(xié)同作用，打破K⁺溶劑化鞘，留下自由的水分子，從而改善了氫鍵（H-鍵）網(wǎng)絡(luò)的連通性。

2、測(cè)試發(fā)現(xiàn)，最佳的Ni₁₇W₃合金催化劑的堿性HOR活性優(yōu)于最先進(jìn)的鉑/碳（Pt/C）催化劑，并且在10000次循環(huán)后穩(wěn)定運(yùn)行，衰變可以忽略不計(jì)。本發(fā)現(xiàn)提供了對(duì)合金HOR催化劑的新認(rèn)識(shí)，并將指導(dǎo)下一代燃料電池催化劑的合理設(shè)計(jì)。

圖文展示

圖1.電化學(xué)HOR活性

圖2.結(jié)構(gòu)表征和表面分析

圖3.原位光譜研究

圖4.電子性質(zhì)的研究

圖5. DFT計(jì)算

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