克日，中国中国迷信技术大学高迅速传授课题组研制出一种高抗氨毒化的研制阳极镍基碱性膜燃料电池阳极催化剂 ，其在阳极含10 ppm氨的高抗膜电极组装中 ，能坚持95％的氨毒初始峰值功率密度以及88％的初始电流密度（0.7 V下），远超商业铂碳催化剂。燃料相关下场以“Efficient NH3-Tolerant Nickel-Based Hydrogen Oxidation Catalyst for Anion Exchange Membrane Fuel Cells”为题宣告在国内驰名学术期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. 2023,电池 145, 31, 17485）上 。
氢氧燃料电池由于比能量高以及零排放等短处 ，中国有望在国家“双碳”策略中饰演紧张的研制阳极脚色 。可是高抗 ，商业铂碳催化剂极易被氢气燃料中的氨毒氨气毒化而导致功能飞腾 。特意地 ，燃料在碱性膜燃料电池中 ，电池铂基催化剂的中国氢气氧化反映能源学飞快 ，其与氨毒化协同熏染 ，研制阳极减速电池功能的高抗消退。因此 ，妄想高活性 、高抗氨毒化的新型阳极催化剂是碱性膜燃料电池适用化亟需处置的难题 。
个别 ，过渡金属散漫氨的能耐与其未占有以及占有的d轨道相关 ，其既可接受来自氨的电子也能向氨反向提供电子，两者都能增强氨的吸附 。钼镍合金是高效氢氧化催化剂，钻研职员以为修筑镍位点的富电子态会倾轧氨的孤对于电子提供 ，而引入比镍电负性小的元素可能提供电子取患上镍的富电子态 。钻研职员发现 ，将Cr异化入钼镍合金不光取患上镍的富电子态来抑制σN-H→dmetal电子提供，同时还使d带中间下移阻止了d→σ*N-H的反向电子提供，两者协同熏染大大削弱了氨吸附 。
图1.氨毒化机制以及电子态调控旋转圆盘电极测试表明 ，该催化剂在2 ppm氨存在条件下电化学循环1万次功能简直不损失，而铂碳催化剂功能损失严正 。在实际的碱性膜燃料电池中 ，以该催化剂作为阳极组装的器件在10 ppm氨存不才可保存95%的初始峰值功率密度 。比照之下 ，铂碳催化剂的功率输入则飞腾至初始值的61% 。
衰减全反射-概况增强红外罗致光谱测试表明，不Cr异化的钼镍合金与商业铂碳催化剂在差距电位下对于氨具备吸附行动 。经Cr调制的催化剂概况则不任何氨吸附峰的存在 。同时，电子能量损失谱以及电子顺磁共振合成也表明Cr的引入使患上镍的d带占有数更高 ，验证了其富电子态催化中间；实际合计发现Cr引入可飞腾镍的d带中间 ，佐证了氨在其概况吸附被削弱 。
近些年来，高迅速钻研小组自动于碱性膜燃料电池非贵金属电催化剂的研制以及运用钻研（Acc. Chem. Res.2023, 56, 12, 1445；Nat. Catal. 2022, 5, 993；Nat. Co妹妹un. 2021, 12, 2686；Nano Lett. 2023, 23, 107；Nano Res. 2023,16, 10787） 。在以前的使掷中，该小组与杨晴教授相助发现Co元素的异化可能实用抑制镍的d轨道对于一氧化碳份子2π*反键轨道的电子“反向提供”，取患了高一氧化碳耐受性的氢气氧化非贵金属电催化剂（Angew. Chem., Int. Ed. 2022, 61, e202208040） 。
论文的通讯作者是合肥微尺度物资迷信国家钻研中间高迅速教授 ，配合第一作者为中国科大博士钻研生王业华 、博士后高飞跃以及张晓隆 。相关钻研受到国家做作迷信基金委 、国家严正迷信钻研妄想 、安徽省重点钻研与开拓妄想等名目的扶助 。
论文链接 ：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06903
（合肥微尺度物资迷信国家钻研中间 ，科研部）