康奈尔大学的凯特·布莱克伍德 核壳型Ni@CNx电催化剂的原子尺度STEM成像和EELS光谱分析
鸣谢:美国国家科学院学报(2022)
多伊:10
1073/pnas
2119883119 康奈尔大学的研究人员发现，掺氮碳涂层镍阳极可以催化氢燃料电池中的一个重要反应，其成本只是目前使用的贵金属的一小部分
这一新发现可能会加速氢燃料电池的广泛使用，氢燃料电池作为高效、清洁的能源，在汽车和其他应用领域大有可为
这是Héctor D的一系列发现之一
阿布鲁纳实验室正在寻找用于碱性燃料电池的活性、廉价、耐用的催化剂
“这一发现在使用高效、清洁的氢燃料电池代替化石燃料方面取得了进展，”埃米尔·M
艺术和科学学院化学和化学生物系Chamot教授
这项研究结果发表在3月21日的《美国国家科学院院刊》上，题为“一种完全不含贵金属的碱性燃料电池，使用碳涂层镍阳极提高了性能”
目前氢燃料电池需要昂贵的贵金属，如铂，来有效地催化它们用来发电的反应
虽然碱性聚合物电解质膜燃料电池(APEMFCs)能够使用非贵金属电催化剂，但它们缺乏必要的性能和耐久性来取代贵金属基系统
燃料电池通过氢氧化反应(HOR)和氧还原反应(OOR)来发电
阿布鲁纳说，特别是铂，它是两种反应的典型催化剂，因为它能有效地催化这两种反应，而且在质子交换膜燃料电池的酸性环境中也很耐用
但是其他材料呢？ 研究人员写道，最近使用非贵金属HOR电催化剂的实验旨在克服两个主要挑战:太强的氢结合能导致的低内在活性，以及金属氧化物形成的快速钝化导致的耐用性差
为了克服这些挑战，研究人员设计了一种镍基电催化剂，具有由掺氮碳制成的2纳米外壳
他们的氢燃料电池有一个阳极(氢被氧化)催化剂，由一个被碳壳包围的固体镍芯组成
当与钴-锰阴极(氧气被还原)配对时，产生的完全不含贵金属的氢燃料电池每平方厘米输出超过200毫瓦
阿布鲁纳说，镍电极表面氧化镍物种的存在大大减缓了氢氧化反应
掺氮碳涂层作为保护层，增强了HOR动力学，使反应更快、更有效
此外，镍电极上石墨烯涂层的存在防止了镍氧化物的形成，从而使电极的寿命大大提高
这些电极对一氧化碳的耐受性也强得多，一氧化碳会使铂迅速中毒
阿布鲁纳说:“使用这种新型阳极将大大降低价格，使碱性燃料电池能够在广泛的领域得到应用。”
合著者包括弗朗西斯·迪萨尔沃，约翰·A
纽曼化学名誉教授；姚洋博士
D
'21;大卫·穆勒，塞缪尔·B
埃克特大学工程学院的工程学教授和康乃尔大学Kavli纳米科学研究所的联合主任，以及来自武汉大学庄琳实验室和威斯康星大学麦迪逊分校的合作者Manos Mavrikakis
今年2月，阿布鲁尼亚和他的同事，包括迪萨尔沃，发现氮化钴催化剂在催化氧还原反应方面几乎和铂一样有效
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