燃料電池用新型氧化鈰催化劑

據悉，近日，江蘇大學及美國紐約州立大學布法羅分校等學校的研究者共同設計出了一種新型的氧化鈰催化劑，其能在很大程度上提高氨燃料電池（DAFC）氨氧化反應（AOR）的速度，進而能使燃料電池更快地實現商業化。

氨燃料電池一種新型的化學電源，能够將燃料的化學能直接轉化成電能。因爲電池消耗的活性物質幷不儲存在電池內部，而是通過外部不斷輸入到電池裏，從而不斷産生電能。所以，這類電池具有轉換效率高、容量大、比能量高、功率範圍廣、不用充電等優點，深受衆多高新技術領域的歡迎。此外，氨是一種富氫燃料，具有良好的産業基礎，價格低廉，易于運輸和存儲，因此作爲燃料電池燃料具有很大的發展潜力。但陽極處動力學遲緩，導致該電池中的氨氧化反應受到極大限制。

爲此，江蘇大學及其他學校的研究者共同研究出了一種AOR催化劑，其中平均尺寸爲2.3的三元PtIrZn納米顆粒高度分散在二元複合載體上，該載體包括氧化鈰（CeO2）和沸石咪唑鹽骨架-8（ZIF-8）衍生出來的碳（PtIrZn/CeO2-ZIF-8）。該複合載體通過聲化學輔助合成方法製成。

PtIrZn合金借助CeO2提供的豐富OHad和多孔ZIF-8碳（比表面積：600 m2）貢獻的均勻顆粒分散性，顯示出在鹼性介質中對AOR的高效催化活性，幷且優于商業用的PtIr/C。研究表明，相對于室溫下的可逆氫電極，旋轉圓盤電極（RDE）起始電勢較低（0.35對0.43 V），活化能（36.7vs. 50.8 kJ/mol）也相對較低。

值得注意的是，PtIrZn /CeO2-ZIF-8催化劑與高性能氫氧根陰離子交換膜組裝在一起以製備鹼性DAFC，其峰值功率密度可以達到91mW/cm2。與水性電解質不同，載體在改善均勻的離聚物分布和陽極中的質量傳輸方面起著至關重要的作用。另一方面，研究者進一步研究了在二氧化矽上與羧基官能化碳納米管（CNT-COOH）集成的PtIrZn納米顆粒作爲DAFC中的陽極的情况，其峰值功率密度的顯著提高到314mW/cm2。

該研究成果已以“igh-performance ammonia oxidation catalysts for anion-exchange membrane direct ammonia fuel cells”發表于Energy & Environmental Science期刊上。

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