金牌會(huì)員
已認(rèn)證
質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）具有高功率密度、高效率、低工作溫度、堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)引起了全球發(fā)電市場(chǎng)的關(guān)注。當(dāng)前PEMFCs技術(shù)的發(fā)展仍然面臨著一些挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)與催化劑的成本、操作溫度條件、耐久性/穩(wěn)定性等有關(guān)。解決這些阻礙對(duì)于PEMFCs的發(fā)展至關(guān)重要。
本期分享2篇先豐客戶在PEMFCs領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，一起看下吧~
1 Nature Communications：界面電子動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)促進(jìn)酸性下氧還原反應(yīng)
目前，納米結(jié)構(gòu)的鉑（Pt）基材料被認(rèn)為是PEMFCs中ORR最有效的電催化劑。但Pt含量高導(dǎo)致成本難以達(dá)到商業(yè)化目標(biāo)（目標(biāo)為30美元/千瓦）。
2025年3月22日，期刊Nature Communications報(bào)道先豐客戶通過(guò)構(gòu)建富含非晶-晶體（a-c）邊界的異質(zhì)結(jié)催化劑（ac-Ni(OH)2@m-Pt），為設(shè)計(jì)高效的酸性O(shè)RR電催化劑提供了一種新的策略。
該團(tuán)隊(duì)采用“模板-溶劑”策略（模板劑為KIT-6，來(lái)自先豐納米）成功制備了富含非晶-晶體邊界的介孔催化劑ac-Ni(OH)2@m-Pt。檢測(cè)結(jié)果確認(rèn)了其具有有序的介孔結(jié)構(gòu)和豐富的非晶-晶體邊界，且Pt與Ni的原子比約為2.9:1。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)為后續(xù)的催化性能提升奠定了基礎(chǔ)。
在0.1M HClO4的酸性電解質(zhì)中，ac-Ni(OH)2@m-Pt展現(xiàn)出優(yōu)異的氧還原反應(yīng)（ORR）活性，其半波電位達(dá)到0.912V，質(zhì)量活性高達(dá)0.95A mgPt-1，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的Pt基催化劑。此外，該催化劑在經(jīng)過(guò)15000次加速耐久性測(cè)試后，半波電位衰減僅為7mV，質(zhì)量活性保持率超過(guò)89.8%，表現(xiàn)出良好的耐久性。
DFT計(jì)算進(jìn)一步證實(shí)了a-c界面的協(xié)同效應(yīng)降低了氧物種質(zhì)子化的能量障礙，加速了四電子ORR過(guò)程。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)高性能Pt基酸性O(shè)RR催化劑提供了新的思路和理論依據(jù)。
文獻(xiàn)名稱：Dynamic modulation of electron redistribution at the heterogeneous interface nickel hydroxides/platinum boosts acidic oxygen reduction reaction
2 Advanced Materials：壓應(yīng)變與氧空位協(xié)同增強(qiáng) IrO2催化劑PEM水電解
質(zhì)子交換膜水電解（PEMWE）是一種高效制氫技術(shù)，具有低電阻損耗、高電流密度和低氣體交叉污染的優(yōu)勢(shì)。然而，其陽(yáng)極氧析出反應(yīng)（OER）動(dòng)力學(xué)緩慢，嚴(yán)重制約了整體效率。
2025年3月11日，期刊Advanced Materials報(bào)道先豐客戶制備了一系列Ni摻雜的IrO2（T-xNi/IrO2,x=0.05,0.16,0.24,0.36）,Ni摻雜在IrO2中引入壓應(yīng)變與氧空位，優(yōu)化Ir–O軌道共價(jià)性，提高OER活性。
在0.1M HClO4中，T-0.24Ni/IrO2催化劑在10mA cm-2 處的過(guò)電位僅為190mV，遠(yuǎn)低于商業(yè)IrO2（341mV）。在200mA cm-2處，其過(guò)電位僅為339mV，且在500mA cm-2下能夠穩(wěn)定運(yùn)行500小時(shí)。
同步輻射原位XAFS和SR-FTIR結(jié)果表明，Ni摻雜誘導(dǎo)的壓應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)了Ir–O軌道重疊，并促進(jìn)H2O在Ir–Ov位點(diǎn)的快速吸附和偶聯(lián)生成O–O物種，打破OER過(guò)程中的LSR約束。
DFT計(jì)算進(jìn)一步揭示，Ni摻雜優(yōu)化了Ir 5d和O 2p軌道中心，形成連續(xù)的MS-OVSM機(jī)制，從而提升催化活性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
該項(xiàng)工作為高性能PEMWE陽(yáng)極催化劑的設(shè)計(jì)提供了新思路。未來(lái)研究可進(jìn)一步優(yōu)化Ni摻雜濃度，探索其他摻雜元素，以提升催化劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和工業(yè)應(yīng)用潛力。
文獻(xiàn)名稱: Unraveling Compressive Strain and Oxygen Vacancy Effect of Iridium Oxide for Proton‐Exchange Membrane Water Electrolyzers
在這兩項(xiàng)工作中，先豐的KIT-6材料作為模板劑在構(gòu)建介孔結(jié)構(gòu)和無(wú)定型-晶態(tài)界面、防止顆粒聚集等方面發(fā)揮了重要作用。
產(chǎn)品推薦
XFF03
KIT-6立方結(jié)構(gòu)介孔分子篩
比表面積：≥600 m2/g
孔徑：3-7 nm
孔體積: 0.5-1.5 cm3/g
