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質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）具有高功率密度、高效率、低工作溫度、堅固的結(jié)構(gòu)和環(huán)保等諸多優(yōu)點，近年來引起了全球發(fā)電市場的關(guān)注。當前PEMFCs技術(shù)的發(fā)展仍然面臨著一些挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)與催化劑的成本、操作溫度條件、耐久性/穩(wěn)定性等有關(guān)。解決這些阻礙對于PEMFCs的發(fā)展至關(guān)重要。

本期分享2篇先豐客戶在PEMFCs領(lǐng)域的最新研究進展，一起看下吧~

1 Nature Communications：界面電子動態(tài)調(diào)節(jié)促進酸性下氧還原反應(yīng)

目前，納米結(jié)構(gòu)的鉑（Pt）基材料被認為是PEMFCs中ORR最有效的電催化劑。但Pt含量高導致成本難以達到商業(yè)化目標（目標為30美元/千瓦）。    

2025年3月22日，期刊Nature Communications報道先豐客戶通過構(gòu)建富含非晶-晶體（a-c）邊界的異質(zhì)結(jié)催化劑（ac-Ni(OH)2@m-Pt），為設(shè)計高效的酸性O(shè)RR電催化劑提供了一種新的策略。

該團隊采用“模板-溶劑”策略（模板劑為KIT-6，來自先豐納米）成功制備了富含非晶-晶體邊界的介孔催化劑ac-Ni(OH)2@m-Pt。檢測結(jié)果確認了其具有有序的介孔結(jié)構(gòu)和豐富的非晶-晶體邊界，且Pt與Ni的原子比約為2.9:1。這種獨特的結(jié)構(gòu)為后續(xù)的催化性能提升奠定了基礎(chǔ)。

在0.1M HClO4的酸性電解質(zhì)中，ac-Ni(OH)2@m-Pt展現(xiàn)出優(yōu)異的氧還原反應(yīng)（ORR）活性，其半波電位達到0.912V，質(zhì)量活性高達0.95A mgPt-1，遠高于傳統(tǒng)的Pt基催化劑。此外，該催化劑在經(jīng)過15000次加速耐久性測試后，半波電位衰減僅為7mV，質(zhì)量活性保持率超過89.8%，表現(xiàn)出良好的耐久性。    

DFT計算進一步證實了a-c界面的協(xié)同效應(yīng)降低了氧物種質(zhì)子化的能量障礙，加速了四電子ORR過程。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計高性能Pt基酸性O(shè)RR催化劑提供了新的思路和理論依據(jù)。

文獻名稱：Dynamic modulation of electron redistribution at the heterogeneous interface nickel hydroxides/platinum boosts acidic oxygen reduction reaction

2 Advanced Materials：壓應(yīng)變與氧空位協(xié)同增強 IrO2催化劑PEM水電解

質(zhì)子交換膜水電解（PEMWE）是一種高效制氫技術(shù)，具有低電阻損耗、高電流密度和低氣體交叉污染的優(yōu)勢。然而，其陽極氧析出反應(yīng)（OER）動力學緩慢，嚴重制約了整體效率。

2025年3月11日，期刊Advanced Materials報道先豐客戶制備了一系列Ni摻雜的IrO2（T-xNi/IrO2,x=0.05,0.16,0.24,0.36）,Ni摻雜在IrO2中引入壓應(yīng)變與氧空位，優(yōu)化Ir–O軌道共價性，提高OER活性。

在0.1M HClO4中，T-0.24Ni/IrO2催化劑在10mA cm-2 處的過電位僅為190mV，遠低于商業(yè)IrO2（341mV）。在200mA cm-2處，其過電位僅為339mV，且在500mA cm-2下能夠穩(wěn)定運行500小時。

同步輻射原位XAFS和SR-FTIR結(jié)果表明，Ni摻雜誘導的壓應(yīng)變增強了Ir–O軌道重疊，并促進H2O在Ir–Ov位點的快速吸附和偶聯(lián)生成O–O物種，打破OER過程中的LSR約束。

DFT計算進一步揭示，Ni摻雜優(yōu)化了Ir 5d和O 2p軌道中心，形成連續(xù)的MS-OVSM機制，從而提升催化活性和長期穩(wěn)定性。

該項工作為高性能PEMWE陽極催化劑的設(shè)計提供了新思路。未來研究可進一步優(yōu)化Ni摻雜濃度，探索其他摻雜元素，以提升催化劑的長期穩(wěn)定性和工業(yè)應(yīng)用潛力。

文獻名稱: Unraveling Compressive Strain and Oxygen Vacancy Effect of Iridium Oxide for Proton‐Exchange Membrane Water Electrolyzers

在這兩項工作中，先豐的KIT-6材料作為模板劑在構(gòu)建介孔結(jié)構(gòu)和無定型-晶態(tài)界面、防止顆粒聚集等方面發(fā)揮了重要作用。

產(chǎn)品推薦

XFF03

KIT-6立方結(jié)構(gòu)介孔分子篩

比表面積：≥600 m2/g 

孔徑：3-7 nm

孔體積: 0.5-1.5 cm3/g