夏宝玉Acc. Chem. Res.: 燃料电池用高级铂基氧还原电催化剂

雨辰

2021-01-09

燃料电池是最先进的能源技术之一。用于阴极氧还原反应(ORR)的贵金属铂(Pt)催化剂不仅决定了燃料电池的能量转换效率和使用寿命，而且与燃料电池的成本和广泛应用密切相关。鉴于燃料电池广阔的发展前景，理想的ORR催化剂应具有高效的催化活性，并同时满足大规模应用所需的Pt成本。为了获得低成本、高活性的铂基催化剂，科研人员一直致力于开发更优化的铂基纳米结构和功能载体。通过提高铂利用率和易接近活性表面，降低铂消耗及催化剂成本，加速传质和电子转移，减轻载体腐蚀及铂团聚，并辅以稳定而有效的功能载体，铂基电催化剂的使用水平和寿命将得到显著提高，同时燃料电池也将进入更广泛的商业应用市场。

有鉴于此，华中科技大学夏宝玉教授等人，综述了用于燃料电池的铂基氧还原电催化剂的最新进展，以解决燃料电池中与ORR催化剂相关的问题。

本文要点

1）从不同角度讨论了铂基催化剂的最新进展：(1)铂基纳米结构的多尺度发展；(2)铂基合金组成的多元调控；(3)碳和非碳载体结构的升级；(4)集成铂基催化剂用于燃料电池的研发。

2）铂基催化剂未来面临的挑战(如反应机理、动力学演化、构效关系等)，以及主要的研究方向包括：1）铂集成催化剂的制备策略(铂纳米结构与纳米碳的结合)；2）性能评估(标准测量方案、实验室级旋转圆盘电极(RDE)测试、应用级膜电极组装(MEA)测试)3）先进的机理解释技术(光谱学、电子显微镜和原位监测)，以及尖端的模拟/计算及人工智能(模拟、计算、机器学习、大数据筛选)等。

参考文献：

Lei Huang et al. Advanced Platinum-Based Oxygen Reduction Electrocatalysts for Fuel Cells. Acc. Chem. Res., 2021.

DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00488

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00488