近年來，隨著陰離子交換膜穩(wěn)定性和離子電導(dǎo)率等性能的顯著提高，陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）受到廣泛關(guān)注。對比于目前較為成熟的質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC），AEMFC的堿性工作環(huán)境使得價格低廉的過渡金屬能夠更穩(wěn)定地運用于燃料電池陰極端，成為高效穩(wěn)定的氧還原（ORR）催化劑。Pt 是燃料電池中最常用的催化劑，然而由于其較低的儲量和高昂的價格，現(xiàn)在亟需用其他更廉價和活潑的材料來代替 Pt。Pd在地殼中的含量遠高于Pt，同時，在堿性介質(zhì)中，Pd具有與 Pt 催化劑相當甚至更好的 ORR 性能。因此，Pd具有極大的潛力替換Pt從而成為更好的AEMFC陰極催化劑。但是，制備高催化活性同時且具備高穩(wěn)定性的Pd基催化劑仍然存在很大的挑戰(zhàn)。為了進一步提升活性，常見的策略是引入Fe, Co, Ni等過渡金屬與Pd形成合金。然而在強堿性條件下，上述過渡金屬在工作電位下依舊會出現(xiàn)易溶解在電解液中的過渡金屬（氫）氧化物，從而降低催化劑的穩(wěn)定性。
瑞典皇家理工學院（KTH）博士生Yi Yang (楊翼)和Dr. Inna Soroka利用水相伽馬輻射誘導(dǎo)還原法制備出的Ni納米簇為原位模板，通過電置換反應(yīng)制備出一種具備高活性和優(yōu)異耐久性的ORR催化劑。其高活性歸功于促進氧氣擴散的納米框架結(jié)構(gòu)以及由催化劑亞表面PdNi合金誘導(dǎo)的電子效應(yīng)。該催化劑的優(yōu)異的耐久性得益于覆蓋在催化劑表面更穩(wěn)定的富Pd原子層。該研究為開發(fā)高效且穩(wěn)定的電催化劑提供一種新策略和思路。
論文信息
PdNi nanoframework and nanochain catalysts with enhanced oxygen reduction reaction performance
Yi Yang*, Inna L. Soroka
文章第一兼通訊作者為博士生楊翼
ChemCatChem
DOI: 10.1002/cctc.202200941
