據(jù)外媒報(bào)道，韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出新一代鉑基催化劑，可顯著提高氫燃料電池的活性和耐久性。相關(guān)研究成果發(fā)表于期刊《Advanced Materials》。該團(tuán)隊(duì)由成均館大學(xué)（Sungkyunkwan University）化學(xué)工程學(xué)院Sang Uck Lee教授領(lǐng)導(dǎo)，博士候選人Jun Ho Seok為共同第一作者，Sung Chan Cho博士也參與其中。該團(tuán)隊(duì)還與韓國(guó)高麗大學(xué)（Korea University）Kwangyeol Lee教授的團(tuán)隊(duì)以及韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（Korea Institute of Science and Technology，KIST）Sung Jong Yoo博士的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了合作。

圖片來(lái)源：成均館大學(xué)

氫燃料電池通過(guò)氫氣和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，被認(rèn)為是一種極具發(fā)展前景的清潔能源技術(shù)。然而，陰極氧還原反應(yīng)（ORR）緩慢以及催化劑在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生降解，阻礙了其更廣泛的商業(yè)化應(yīng)用。

傳統(tǒng)的鉑基金屬間化合物催化劑以其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性著稱(chēng)，但其原子組成和排列難以精確調(diào)控。這限制了對(duì)其電子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，也使得在氫動(dòng)力汽車(chē)等嚴(yán)苛的運(yùn)行條件下，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高催化活性和長(zhǎng)期耐久性。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的催化劑設(shè)計(jì)策略，能夠在保持鉑基金屬間化合物催化劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，更精確地控制原子組成和電子結(jié)構(gòu)。

利用這種方法，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種由鉑（Pt）、鈷（Co）和錳（Mn）組成的三元金屬間化合物納米催化劑。通過(guò)利用催化劑與氧化物載體界面處形成的氧空位，該團(tuán)隊(duì)能夠引導(dǎo)催化劑內(nèi)部的原子有序排列，并成功開(kāi)發(fā)出一種此前難以實(shí)現(xiàn)的鉑基三元金屬間化合物結(jié)構(gòu)。

該研究的一個(gè)關(guān)鍵方面是采用新的理論方法來(lái)揭示前驅(qū)體階段的界面合成機(jī)制，這在實(shí)驗(yàn)中很難直接觀察到。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，界面早期形成的氧空位在驅(qū)動(dòng)錳原子有序排列方面起著決定性作用，為三元金屬間化合物結(jié)構(gòu)的形成提供了理論解釋。這項(xiàng)研究超越了傳統(tǒng)的催化劑性能分析，為理解和設(shè)計(jì)合成過(guò)程本身提供了一個(gè)原子級(jí)的框架。

這種新開(kāi)發(fā)的催化劑憑借其優(yōu)化的電子結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出高氧還原反應(yīng)（ORR）活性和優(yōu)異的耐久性。電化學(xué)測(cè)試表明，其質(zhì)量活性比商用Pt/C催化劑高出十倍以上，并且在經(jīng)過(guò)15萬(wàn)次加速耐久性循環(huán)測(cè)試后，仍能保持初始性能的96%以上。

在膜電極組件（MEA）測(cè)試中，該催化劑的性能超過(guò)了美國(guó)能源部（Department of Energy，DOE）設(shè)定的2025年性能目標(biāo)。此外，在高負(fù)荷運(yùn)行條件下，其功率輸出也高于傳統(tǒng)催化劑，凸顯了其在氫燃料電池汽車(chē)和固定式燃料電池系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。