提升燃料電池電催化性能的新思路 納米線和納米管

世界經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化得益于化石能源。然而，這一經(jīng)濟(jì)載體在21世紀(jì)將迅速枯竭，且化石能源對(duì)環(huán)境影響顯著。解決能源與環(huán)境問題最主要方法是大力發(fā)展可再生能源。鋰離子電池由于其優(yōu)良性能，在電子工業(yè)和電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。

我國(guó)一直是世界上電池制造大國(guó)，目前電池產(chǎn)量和出口量都位居世界第一。鋰離子電池同時(shí)也面臨能量密度低、安全性差等固有問題。鋰離子電池的飛速發(fā)展必然會(huì)導(dǎo)致鋰資源的緊缺，從而影響其儲(chǔ)能價(jià)格和大規(guī)模持續(xù)供給。 

燃料電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能裝置，因其能量轉(zhuǎn)化效率高、污染小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，受到研究者廣泛的關(guān)注。燃料電池陰極氧電還原反應(yīng)（ORR）和小分子有機(jī)物的電氧化反應(yīng)進(jìn)行緩慢，急切需要發(fā)展高效電催化劑。  

相比于納米顆粒，納米線和納米管狀催化劑，由于其各向異性、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及表面性質(zhì)，顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。納米線和納米管不易發(fā)生Ostwald熟化和團(tuán)聚，能顯著提高電催化穩(wěn)定性。

近期，北京大學(xué)郭少軍教授課題組總結(jié)了近期關(guān)于一維Pt基、Pd基和非金屬材料提升燃料電池電催化性能。內(nèi)容包括新的合成方法制備不同種類的一維催化劑；對(duì)甲醇電氧化反應(yīng)、乙醇電氧化反應(yīng)機(jī)理等進(jìn)行了分析；更多（111）晶面和更高鉑利用率（如鉑合金納米線）的鉑基納米線，可以提高燃料電池陰極氧催化還原反應(yīng)活性和穩(wěn)定性；優(yōu)化不同直徑、形狀和結(jié)構(gòu)的鉑基多金屬核殼納米線，可以增強(qiáng)催化劑的活性和穩(wěn)定性等。論文通過對(duì)一維鉑基和非鉑基納米晶催化劑相關(guān)研究的分析，為燃料電池發(fā)展提供了新的思路。