燃料电池用新型氧化铈催化剂

据悉，近日，江苏大学及美国纽约州立大学布法罗分校等学校的研究者共同设计出了一种新型的氧化铈催化剂，其能在很大程度上提高氨燃料电池（DAFC）氨氧化反应（AOR）的速度，进而能使燃料电池更快地实现商业化。

氨燃料电池一种新型的化学电源，能够将燃料的化学能直接转化成电能。因为电池消耗的活性物质幷不储存在电池内部，而是通过外部不断输入到电池里，从而不断产生电能。所以，这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，深受众多高新技术领域的欢迎。此外，氨是一种富氢燃料，具有良好的产业基础，价格低廉，易于运输和存储，因此作为燃料电池燃料具有很大的发展潜力。但阳极处动力学迟缓，导致该电池中的氨氧化反应受到极大限制。

为此，江苏大学及其他学校的研究者共同研究出了一种AOR催化剂，其中平均尺寸为2.3的三元PtIrZn纳米颗粒高度分散在二元复合载体上，该载体包括氧化铈（CeO2）和沸石咪唑盐骨架-8（ZIF-8）衍生出来的碳（PtIrZn/CeO2-ZIF-8）。该复合载体通过声化学辅助合成方法制成。

PtIrZn合金借助CeO2提供的丰富OHad和多孔ZIF-8碳（比表面积：600 m2）贡献的均匀颗粒分散性，显示出在碱性介质中对AOR的高效催化活性，幷且优于商业用的PtIr/C。研究表明，相对于室温下的可逆氢电极，旋转圆盘电极（RDE）起始电势较低（0.35对0.43 V），活化能（36.7vs. 50.8 kJ/mol）也相对较低。

值得注意的是，PtIrZn /CeO2-ZIF-8催化剂与高性能氢氧根阴离子交换膜组装在一起以制备碱性DAFC，其峰值功率密度可以达到91mW/cm2。与水性电解质不同，载体在改善均匀的离聚物分布和阳极中的质量传输方面起着至关重要的作用。另一方面，研究者进一步研究了在二氧化硅上与羧基官能化碳纳米管（CNT-COOH）集成的PtIrZn纳米颗粒作为DAFC中的阳极的情况，其峰值功率密度的显著提高到314mW/cm2。

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

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