铂钇合金纳米催化剂的性能研究

铂钇合金纳米催化剂的性能研究

2016-08-30 13:14来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部

钇金属

现今生活中存在多种燃料电池，但它们运作原理基本上大致相同，必定包含一个阳极，一个阴极以及电解质让电荷通过电池两极。电子由阳极传至阴极产生直流电，形成完整电路。各种燃料电池是基于使用不同的电解质以及电池大小而分类的，因此电池种类变得更多元化，用途亦更广泛。由于以个体燃料电池计，单一颗电池只能输出相对较小的电压，大约0.7V，所以燃料电池多以串连或一组的分式制造，以增加电压，配合应用需求。

另一方面，燃料电池产电后会产生水与热，基于不同的燃料使用，有可能产生极少量二氧化氮和其他物质，对环境的污染比原电池少，是一种绿色能源。燃料电池的能量效率通常为40-60％之间；如果废热被捕获使用，其热电联产的能量效率可高达85％。

聚合物燃料电池（PEMFCs）具有零排放的特点，在汽车上有广阔的应用前景。和电池相比，聚合物燃料电池可以让汽车有更长的行驶里程和更短的燃料再注入时间。即便如此，PEMFCs 的使用也由于阴极铂催化剂的高载量要求而受到限制。即使使用目前最先进的技术，也不可能将PEMFCs的生产规模有全球性的冲击，比如达到太瓦级规模。

近日，丹麦技术大学对外宣称研发出一种铂—钇燃料电池催化剂。与目前的铂催化剂相比，铂—钇催化剂更稳定、活性更高、价格相对较低。

目前，减少铂载量最有效的路径就是将铂和另一种金属铸成合金用作氧化还原反应的催化剂。大部分研究人员都在铂和后过渡金属合金上做了大量研究，比如镍、钴、铜或者铁。尽管如此，这些催化剂的长久稳定性在脱合金过程中逐渐减弱。

2009年，丹麦技术大学物理系个体纳米功能中心的科研小组发现一种用于氧化还原反应的新型合金：铂—钇。这种新型合金不但比其它铂合金的活性更高，稳定性也更好。但是，铂—钇的最初测试是以大块的多晶形式进行，而在真正的燃料电池中只能以纳米粒子的形式进行，这对科研人员来说是个非常大的挑战。

现在，丹麦技术大学物理系的科研人员合成了纳米级的铂—钇合金。在稳定性的扩展测试中，这种新型催化剂仍保留了最初活性的63%。

丹麦技术大学副教授Ifan Stephns表示：“我们的测试结果证明，铂—钇纳米粒子能够合成，而且在氧化还原反应中活性很高。此外，如果我们能够进一步优化粒子大小和铂—钇催化剂的合成，这种催化剂的性能会更高。我们下一步面临的挑战是寻找一种化学合成方法，能够大批量生产这种催化剂，从而推动它在燃料电池中的应用。该试验由丹麦技术大学和美国SLAC 国家实验室的科研人员共同完成。