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上海电力学院学者在燃料电池催化剂材料研究中

发布时间:2017-11-14 15:24  来源:www.xjshzzy.com   浏览次数

近日,上海电力学院环化学院徐群杰教授课题组在直接乙醇燃料电池阳极催化剂研究方面取得新进展,10月4日国际顶级期刊Advanced Energy Materials (SCI影响因子为16.721)以“Palladium Nanoparticles Anchored on Anatase Titanium Dioxide-Black Phosphorus Hybrids with Heterointerfaces: Highly Electroactive and Durable Catalysts for Ethanol Electrooxidation”为题在线报道了这一最新研究成果,这也是上海电力学院首次作为唯一完成单位在该类国际顶级期刊上发表研究成果,表明上海电力学院在能源电催化材料的研究已达国际先进水平。论文第一作者为徐群杰教授指导的2015级应用化学专业硕士研究生吴桐。

直接乙醇燃料电池作为一类新型燃料电池,以乙醇为燃料,具有燃料来源广泛、价格低廉、便于携带储存等优点,已成为新能源领域的研究重点和热点。直接乙醇燃料电池阳极催化剂通常以贵金属钯(Pd)为主要基础元素之一,成本高而且容易被一氧化碳毒化而失活。负载型钯催化剂设计和开发可以有效的降低贵金属的用量和成本,提高了催化剂的电化学活性和寿命。常规的一些碳基载体材料由于其本身结构和性质限制了催化剂活性和耐久性的提升突破。因此,考虑表界面角度结构,设计新型的贵金属催化剂载体材料仍然是直接乙醇燃料电池阳极催化剂的发展关键之一。

上海电力学院徐群杰教授课题组在国家自然科学基金项目和上海市电力材料防护与新材料重点实验室的支持下,设计并制备出一种二氧化钛-黑磷杂化材料负载钯纳米粒子的新型复合催化剂。研究发现,通过简单的机械球磨,二维的黑磷纳米片(BP)与二氧化钛(ATN)纳米片在剪切力作用下,相互间通过P-O-Ti共价键连接形成了稳定的三维二氧化钛-黑磷杂化材料,并最终作为钯纳米粒子载体,合成了具有高催化下活性和稳定性的Pd/ATN-BP 复合催化剂。该催化剂用于碱性条件下乙醇电氧化显示出极高的活性,其电化学活性面积和最大峰值电流密度分别达到约462.1 m2gPd-1和5023.8 mAmgPd-1, 是普通商业Pd/C 的11.67 和6.87 倍。研究表明,黑磷和二氧化钛的复合显著提升了载体的电子迁移率,同时二氧化钛-黑磷杂化材料表面大量吸附的羟基加速一氧化碳等中间物种的氧化,从而释放钯活性位,极大提升了催化剂性能。这一研究结果对直接乙醇燃料电池阳极催化剂的设计和制备具有重要的指导意义,并对研发高性能低成本的燃料电池具有重要的应用前景。