在追求清潔能源的道路上，氫燃料電池因高效、零排放備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)碳載鉑催化劑在酸性環(huán)境下的腐蝕問題，以及易受一氧化碳（CO）中毒的缺陷，始終是技術(shù)瓶頸。近日，福州大學(xué)與上海大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在《Frontiers in Energy》發(fā)表研究，成功開發(fā)出一種新型鉑基催化劑（Pt/TiO?-Ov），其抗CO中毒性能較傳統(tǒng)催化劑提升近3倍，為氫燃料電池的穩(wěn)定性與壽命帶來突破。

傳統(tǒng)催化劑為何“脆弱”？

氫燃料電池的核心反應(yīng)——?dú)溲趸磻?yīng)（HOR）和氧還原反應(yīng)（ORR），依賴鉑催化劑加速反應(yīng)。但傳統(tǒng)碳載體在酸性條件下易腐蝕，導(dǎo)致鉑顆粒脫落；更棘手的是，燃料中微量CO會(huì)像“膠水”一樣牢牢吸附在鉑表面，搶占活性位點(diǎn)，使催化劑“罷工”。此前，科學(xué)家嘗試用金屬氧化物替代碳載體，但低導(dǎo)電性和穩(wěn)定性不足限制了應(yīng)用。

氧空位“助攻”，電子傳遞提速

研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，選擇二氧化鈦（TiO?）為載體，并通過微波輔助合成技術(shù)，在TiO?表面制造大量氧空位（Ov）。這些氧空位如同“電子高速公路”，促進(jìn)鉑與載體間的電子傳遞（EMSI效應(yīng)），使鉑顆粒更穩(wěn)定地錨定在載體上。實(shí)驗(yàn)顯示，Pt/TiO?-Ov的鉑顆粒僅2.75納米，均勻分散，且氧空位將TiO?的帶隙從3.2 eV降至2.97 eV，顯著提升了導(dǎo)電性。

抗CO性能“逆天”，活性更持久

在模擬燃料電池實(shí)際工況的測(cè)試中，Pt/TiO?-Ov展現(xiàn)出驚人優(yōu)勢(shì)：

抗CO中毒：向氫氣中注入1000 ppm CO后，Pt/TiO?-Ov的電流密度僅衰減3.67%，而傳統(tǒng)Pt/C衰減近3倍。XPS分析表明，氧空位促使電子從TiO?流向鉑，削弱了鉑與CO的結(jié)合力，使其更易被氧化清除。

雙效活性：在0.1 mol/L高氯酸中，Pt/TiO?-Ov的HOR質(zhì)量活性是Pt/C的1.24倍；ORR半波電位（0.88 V）也優(yōu)于Pt/C（0.87 V）。

超長壽命：經(jīng)過5000次加速老化測(cè)試，Pt/TiO?-Ov的半波電位僅下降7 mV，活性保留率超65%，遠(yuǎn)高于Pt/C的43.5%。

技術(shù)落地：從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線

研究團(tuán)隊(duì)采用“溶膠-凝膠法+氫退火”工藝，結(jié)合微波快速還原技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)催化劑的規(guī)模化制備。該方法避免高溫?zé)Y(jié)導(dǎo)致的鉑顆粒團(tuán)聚，且工藝耗時(shí)短、成本可控，為產(chǎn)業(yè)化鋪平道路。未來，該催化劑有望應(yīng)用于車載氫燃料電池，解決CO中毒導(dǎo)致的“續(xù)航焦慮”。

挑戰(zhàn)與展望

盡管性能卓越，團(tuán)隊(duì)指出，二氧化鈦載體中殘留的微量硅（約5.08%）可能影響長期穩(wěn)定性，需進(jìn)一步優(yōu)化蝕刻工藝。此外，如何平衡氧空位濃度與載體強(qiáng)度，仍是提升導(dǎo)電性與耐久性的關(guān)鍵。

這項(xiàng)研究不僅為氫燃料電池提供了“抗毒解藥”，也為設(shè)計(jì)高穩(wěn)定、低成本的非碳載體催化劑開辟了新思路。隨著技術(shù)迭代，清潔能源的“鉑金時(shí)代”或?qū)砼R。

來源: FIE能源前沿期刊