近期，來自黑龍江大學(xué)、南洋理工大學(xué)及廈門大學(xué)的科研團(tuán)隊通力合作，成功研發(fā)出一種創(chuàng)新的催化劑——低含量鉑（Pt）負(fù)載于小尺寸氮化鎢（WN）與還原氧化石墨烯（rGO）復(fù)合材料上（Pt@WN/rGO）。這一突破性成果為質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）技術(shù)的未來發(fā)展開辟了新路徑。
氮化鎢圖片
質(zhì)子交換膜燃料電池作為一種直接將高能量密度的氫燃料高效轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，其應(yīng)用前景廣闊。然而，傳統(tǒng)高負(fù)載Pt基電催化劑不僅生產(chǎn)成本高昂，而且易受一氧化碳（CO）毒化影響，這極大地限制了其在商業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此，科研界急需探索出既具備高氫氧化反應(yīng)（HOR）活性，又能有效抵抗CO毒化的低Pt含量電催化劑。
針對這一挑戰(zhàn)，研究者巧妙地利用氮化鎢的電子調(diào)節(jié)作用，顯著提升了Pt的HOR活性及抗CO毒化能力，從而成功制備出Pt@WN/rGO催化劑。實驗結(jié)果顯示，在酸性電解液環(huán)境中，該催化劑的HOR質(zhì)量活性高達(dá)3060A gPt?1，且在連續(xù)20小時的測試中，其催化活性仍能維持在98.1%的高水平。值得一提的是，即便在高達(dá)1000ppm的高濃度CO存在條件下，該催化劑的HOR活性依然能保持98.2%以上，展現(xiàn)出卓越的抗毒化性能。
Pt@WN/rGO合成示意圖（來源：Journal of the american chemical society）
與未引入氮化鎢的Pt/rGO催化劑相比，Pt@WN/rGO的CO溶出峰電位顯著降低，這充分說明氮化鎢的加入有效減少了CO在催化劑表面的競爭吸附，進(jìn)而增強了Pt上氫吸附位點的可利用性。這種獨特的協(xié)同作用不僅大幅提升了催化劑的抗CO毒化能力，還顯著增強了其HOR活性。
當(dāng)將該催化劑作為陽極組件應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池時，其在純氫氣條件下展現(xiàn)出了較高的功率密度和出色的耐受性。這一研究成果不僅為PEMFC技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用提供了有力支持，也為未來清潔能源技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。
該研究成果已以“Unlocking Superior Hydrogen Oxidation and CO Poisoning Resistance on Pt Enabled by Tungsten Nitride-Mediated Electronic Modulation”為題發(fā)表在Journal of the American Chemical Society期刊上。
來源：Journal of the American Chemical Society
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