氢燃料电池是一种高效、清洁的新能源 ， 但价格高昂成为限制其应用的重要瓶颈 。 近期 ， 中国科学技术大学梁海伟教授与林岳博士、北京航空航天大学水江澜教授等合作 ， 发明了一种高温“硫固体胶”合成法 ， 研制出一系列高性能铂合金催化剂 ， 有望大幅降低氢燃料电池成本推进其产业化 。 国际权威学术期刊《科学》10月22日发表了该成果 。
氢燃料电池的工作原理是氢气和氧气分别在电池的阳极和阴极发生化学反应 ， 从而将化学能转变成电能 ， 过程中需大量使用铂基催化剂 。 铂又名白金 ， 是一种贵金属 ， 使得氢燃料电池的造价非常昂贵 。 发展高活性催化剂、减少铂使用量 ， 是氢燃料电池大规模产业化的关键性问题 。
梁海伟教授联合团队通过高温“硫固体胶”合成法 ， 利用硫原子与铂原子之间强烈的相互作用 ， 如固体胶般将铂基合金纳米颗粒在高温下“粘”在碳载体上 ， 防止纳米颗粒在高温下尺寸变大 ， 成功制备出46种铂合金催化剂 。 他们研究发现 ， 铂合金催化活性与其表面应力存在强关联性 ， 通过减少铂合金催化剂的晶格参数增大压缩应变 ， 有望将催化性能进一步推向峰值 。
他们从合成的46种催化剂“家族”中筛选出数种高活性催化剂 ， 使得氢燃料电池性能达到了世界先进水平 。 其中的铂钴合金催化剂 ， 只需使用约十分之一的铂 ， 就可以实现与商业铂碳催化剂效果相当的氢燃料电池性能 。
梁海伟教授（左）与团队成员测试氢燃料电池膜电极 。 新华社发（钱建豪摄)
《科学》杂志审稿人认为 ， 这项研究展示的金属间化合物纳米颗粒对催化应用至关重要 ， “作者向我们展示了系列二元和多元铂基金属间化合物的尺寸控制合成 ， 令人印象深刻 。 ”
【高温|中国科学家发明“高能催化法”有望突破“氢电池”成本瓶颈】据悉 ， 梁海伟教授联合团队研发这项新技术历时5年多 。 “铂约占氢燃料电池40%的成本 ， 我们的目标是通过减少铂使用量 ， 大幅降低电池价格 。 ”梁海伟说 ， 新技术方案为实现目标奠定了基础 ， 但实用化还面临一系列挑战 ， 目前他们已与企业合作推进后续开发 。 （采访人员徐海涛）
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