近日，材料與能源學院陳俊松/吳睿團隊在Advanced Materials上發表了題為“Unlocking Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance with Porous PtCoV Alloy Catalysts”的研究性論文，報道了一種嵌在碳納米纖維多孔結構中的PtCoV多孔合金催化劑(PtCoV-EPNF)。電子科技大學材料與能源學院為唯一通訊單位，博士研究生趙磊為論文第一作者，材料與能源學院陳俊松教授、吳睿副研究員為論文共同通訊作者。
 

　　針對質子交換膜燃料電池中碳擔載Pt基催化劑因離聚合物中磺酸基團毒化導致Pt利用率低的關鍵問題，研究人員合成了一種嵌在碳納米纖維多孔結構中的PtCoV多孔合金催化劑(PtCoV-EPNF)。通過高溫熱解過程中產生的Kirkendall效應，實現了納米合金的多孔化，從而顯著提高了Pt原子的利用率。此外，釩(V)的摻雜優化了Pt的電子結構，增強了PtCo合金的本征活性，并加強了多孔合金中原子間的相互作用，進而提升了催化劑的穩定性。
 

　　圖1. (a)抗磺酸基團中毒的Pt-離聚物界面微觀結構設計示意圖。PtCoV-EPNF催化劑納米顆粒在載體上分布情況表征：(b) SEM圖像及相應的(c)顆粒統計分析；(d) STEM圖像及相應的(e)顆粒統計分析。
 

　　此外，高溫碳化階段，聚丙烯腈與SiO2的限域作用確保了超過90%的Pt合金納米顆粒被原位封裝在碳纖維多孔結構內部(圖1)。在制備成膜電極(MEA)催化層時，這種嵌入性的催化劑能有效構筑出Pt-Nafion非直接接觸界面，釋放了活性位點，提高了低Pt負載下MEA輸出功率密度與穩定性(圖2)。本研究工作為開發低Pt燃料電池催化劑提供了新的思路。
 

　　圖2. PtCoV-EPNF催化劑耐離聚物中毒研究。基于不同離聚物與碳質量比的(a) PtCoV-EPNF、(b) PtCoV-LSNF和(c) Pt/C催化層的H2-O2燃料電池極化曲線和功率密度曲線圖；(d)不同離聚物與碳質量比的陰極催化層磺酸基團覆蓋度和(e)質子傳輸阻抗；(f) PtCoV-EPNF催化劑與Nafion混合前后的Pt 4f XPS譜圖