(資料圖)

中國(guó)科大供圖

氫氧燃料電池中的商業(yè)鉑碳催化劑極易被氫氣燃料中的微量氨氣毒化而導(dǎo)致失活。在堿性膜燃料電池中，鉑基催化劑的氫氣氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，其與氨毒化協(xié)同作用，加速電池性能的衰退。因此，設(shè)計(jì)高活性、高抗氨毒化的新型陽(yáng)極催化劑是堿性膜燃料電池實(shí)用化亟需解決的難題。

通常，過渡金屬結(jié)合氨的能力與其未占據(jù)和占據(jù)的d軌道相關(guān)，其既可接受來自氨的電子也能向氨反向供給電子，兩者都能增強(qiáng)氨的吸附。鉬鎳合金是高效氫氧化催化劑，研究人員認(rèn)為營(yíng)造鎳位點(diǎn)的富電子態(tài)會(huì)排斥氨的孤對(duì)電子供給，而引入比鎳電負(fù)性小的元素可以提供電子獲得富電子態(tài)的鎳位點(diǎn)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，將鉻摻雜入鉬鎳合金，不僅獲得鎳的富電子態(tài)來抑制氨σ軌道向鎳d軌道的電子供給，同時(shí)還使d帶中心下移阻隔了鎳d軌道向氨σ*反鍵軌道的反向電子供給，兩者協(xié)同作用大大削弱了氨吸附。測(cè)試表明，該催化劑在2 ppm氨存在條件下電化學(xué)循環(huán)1萬次性能幾乎沒有損失，而鉑碳催化劑性能損失嚴(yán)重。在實(shí)際的堿性膜燃料電池中，以該催化劑作為陽(yáng)極組裝的器件在10 ppm氨存在下可保留95%的初始峰值功率密度。相比之下，鉑碳催化劑的功率輸出則降低至初始值的61%。

進(jìn)一步的測(cè)試表明，沒有鉻摻雜的鉬鎳合金與商業(yè)鉑碳催化劑在不同電位下對(duì)氨具有顯著的吸附行為。理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)鉻引入降低了鎳的d帶中心，佐證了氨在其表面吸附被削弱。

審稿人高度評(píng)價(jià)該工作，認(rèn)為“這是一項(xiàng)重要的工作，對(duì)于研制抗氫氣中不純雜質(zhì)分子毒化的電催化劑提供了重要的借鑒”“該工作將進(jìn)一步推進(jìn)堿性膜燃料電池技術(shù)的實(shí)用化”。

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