氫燃料電池是一種高效、清潔、無碳的發(fā)電裝置，其工作原理是氫氣和空氣中的氧氣分別在電池的陽極和陰極發(fā)生氫氧化和氧還原兩個電化學(xué)反應(yīng)，從而高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。然而，氫燃料電池陰極需要使用大量鉑基催化劑來催化氧還原反應(yīng)。鉑是一種貴金屬，這就使得氫燃料電池的造價非常昂貴。發(fā)展高活性催化劑、減少鉑使用量，是氫燃料電池大規(guī)模商業(yè)化的關(guān)鍵所在。

 

梁海偉教授聯(lián)合團隊通過高溫“硫固體膠”的合成方法，利用硫原子與鉑原子之間強烈的相互作用，如固體膠般將鉑基合金納米顆粒在高溫下“粘”在碳載體上，有效防止了納米顆粒在高溫下尺寸變大，成功制備了46種鉑基合金（金屬間化合物）燃料電池催化劑。基于構(gòu)建的龐大催化劑“家族”，他們研究發(fā)現(xiàn)鉑基合金催化活性與其表面應(yīng)力存在強關(guān)聯(lián)性：在很寬的壓縮應(yīng)變范圍內(nèi)，其氧還原活性隨著壓縮應(yīng)變的增加呈現(xiàn)單調(diào)上升趨勢。該現(xiàn)象不同于經(jīng)典理論預(yù)測的火山關(guān)系趨勢。基于該發(fā)現(xiàn)，他們預(yù)測若能通過減小鉑合金催化劑的晶格參數(shù)增大壓縮應(yīng)變，有望將催化性能進一步推向峰值。

 

研究人員從合成的46種催化劑“家族”中篩選出數(shù)種高活性催化劑，使得氫燃料電池性能達到了目前世界先進水平。和商業(yè)鉑碳催化劑相比，他們所合成的鉑鎳合金催化劑的活性高5倍以上。當(dāng)鉑的使用量只有商業(yè)鉑碳催化劑的十分之一時，他們所合成的鉑鈷合金催化劑表現(xiàn)出與商業(yè)鉑碳催化劑相當(dāng)?shù)娜剂想姵匦阅堋Ｒ驗橹苽涓咝阅茔K合金氫燃料電池催化劑的方法是一種普適性方法，因此有望大幅降低鉑使用量，從而降低燃料電池成本。