氫燃料電池是一種高效、清潔、無碳的發(fā)電裝置，其工作原理是氫氣和空氣中的氧氣分別在電池的陽極和陰極發(fā)生氫氧化和氧還原兩個電化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。然而，氫燃料電池陰極需使用大量鉑基催化劑催化氧還原反應(yīng)。鉑是一種貴金屬，這使得氫燃料電池的造價非常昂貴。發(fā)展高活性催化劑、減少鉑使用量，是氫燃料電池大規(guī)模商業(yè)化的關(guān)鍵所在。

 

梁海偉教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過高溫"硫固體膠"的合成方法，利用硫原子與鉑原子之間強(qiáng)烈的相互作用，如固體膠般將鉑基合金納米顆粒在高溫下"粘"在碳載體上，有效防止了納米顆粒在高溫下尺寸變大，成功制備了46種鉑基合金燃料電池催化劑。基于構(gòu)建的龐大催化劑"家族"，他們研究發(fā)現(xiàn)鉑基合金催化活性與其表面應(yīng)力存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。基于該發(fā)現(xiàn)，他們預(yù)測若能通過減小鉑合金催化劑的晶格參數(shù)增大壓縮應(yīng)變，有望將催化性能進(jìn)一步推向峰值。

 

研究人員從合成的46種催化劑"家族"中篩選出數(shù)種高活性催化劑，使得氫燃料電池性能達(dá)到目前世界先進(jìn)水平。與商業(yè)鉑碳催化劑相比，他們所合成的鉑鎳合金催化劑的活性高5倍以上。當(dāng)鉑的使用量只有商業(yè)鉑碳催化劑的1/10時，他們所合成的鉑鈷合金催化劑表現(xiàn)出與商業(yè)鉑碳催化劑相當(dāng)?shù)娜剂想姵匦阅堋?/div>