近日，中科院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士鄧德會(huì)、研究員潘秀蓮、院士包信和等與潔凈能源國家實(shí)驗(yàn)室燃料動(dòng)力鋰電池研究部合作，首次完成用鐵替代燃料動(dòng)力鋰電池催化劑中貴金屬的實(shí)驗(yàn)。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。據(jù)了解，利用氫氣發(fā)電是未來先進(jìn)可持續(xù)能源體系發(fā)展的重要目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，作為重要能量轉(zhuǎn)換裝置的質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池將會(huì)發(fā)揮不可替代的用途。然而，該類燃料動(dòng)力鋰電池要大量的貴金屬，如鉑、鈀、釕等作為催化劑，進(jìn)而影響了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，大幅降低燃料動(dòng)力鋰電池電極材料中的貴金屬含量，并最終采用地球上豐富的廉金屬元素完全替代貴金屬已成為該領(lǐng)域的重大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

為此，該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地將鐵基金屬納米粒子限域到具有豆莢狀結(jié)構(gòu)的碳納米管的管腔中，采用該研究組新近研制成功的深紫外光發(fā)射電子顯微鏡，并借助上海光源先進(jìn)的X射線吸收譜，結(jié)合理論計(jì)算，首次觀察到金屬鐵的活性d電子通過與組成碳管壁的碳原子相互用途而穿過碳管管壁，使富集在碳管外表面的電子直接催化分子氧的還原反應(yīng)。

該實(shí)驗(yàn)和理論研究進(jìn)一步證實(shí)，在這一體系中，包裹納米金屬鐵的碳壁阻斷了反應(yīng)氣體與鐵納米粒子的直接接觸，從原理上防止了反應(yīng)過程中活性金屬鐵納米粒子的深度氧化以及反應(yīng)氣氛中其他有害組分對(duì)催化劑的毒害，從而在根本上解決了納米金屬鐵作為燃料動(dòng)力鋰電池陰極催化劑的穩(wěn)定性難題。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該項(xiàng)研究不僅為燃料動(dòng)力鋰電池催化劑的貴金屬替代研究供應(yīng)了行之有效的途徑，而且，由此發(fā)展出來的概念為在苛刻條件下運(yùn)行的催化劑的設(shè)計(jì)和制備開辟了新方向。

以上研究得到了國家自然科學(xué)基金委和科技部等相關(guān)項(xiàng)目的資助。

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