纳米笼催化剂保障燃料电池超长稳定运行时间

据外媒报道，国际研究小组合成具有铂皮结构的一维串状铂镍合金纳米笼，用作燃料电池中氧还原反应的催化剂。这种纳米笼催化剂的质量活性高达每毫克铂3.52安培，比活性也很高，达到每平方厘米铂5.16安培，几乎分别是商用铂碳催化剂的17倍和14倍。

该催化剂经过5万次循环后，表现出高稳定性，几乎没有任何活性衰减。实验结果和理论计算表明，应变和配体效应导致的强键合铂氧位点较少。在这种催化剂的支持下，燃料电池在0.6V电压下的电流密度达1.5A/cm2，并能稳定运行至少180小时。

在燃料电池和金属空气电池中，铂是最活跃的氧还原反应电催化剂，具有良好的稳定性。然而，从成本和大规模商业应用方面考虑，哪怕是目前最先进的铂催化剂，其活性和稳定性仍然不足。利用纳米铂合金的近表面结构，来提高铂基电催化剂的电催化性能，这种方法非常有前景，可以最大限度地发现具有最佳性能的高活性位点。研究人员称：“加入其他过渡金属，通过配体和应变效应，调整铂-氧中间体的结合强度，可以提高催化剂性能。引入中空和多孔纳米颗粒等开放纳米结构，如纳米笼和纳米框架结构，有助于实现这一目标，并提升质量传递。”

为了制备纳米笼，研究小组首先通过一锅溶剂热法，按不同比例减少铂和镍前驱体，制备一维串状的铂-镍合金纳米笼（BNSs）。在酸性条件下进行处理，有选择性地去除镍种，留下由铂皮和残留的铂镍合金组成的超薄壁1D Pt-Ni BNCs。

研究人员表示：“本项研究提供合理设计铂合金纳米结构的有效策略，有助于为催化剂在能源转化等领域的实际应用提供指导。”