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原位動態研究界面催化劑取得突破
 發布時間:2019-01-31  大小:【

氫燃料電池汽車是以氫氣為燃料的新能源清潔動力汽車,具有清潔“零”排放、能量轉化效率高的顯著優勢,是未來新能源汽車發展的主要方向之一。然而現階段,制約氫燃料電池汽車的推廣和普及的關鍵難題之一就是氫燃料電池的CO易被CO雜質氣體所毒化,造成燃料電池性能下降和壽命縮短等問題,給氫燃料電池汽車的“心臟”帶來致命的傷害。

  

針對該關鍵性科學難題,使得汽車敢于吃“粗糧”,中國科學技術大學的路軍嶺教授、楊金龍教授等研究組與國家同步輻射實驗室韋世強教授研究組聯合攻關,利用原子層沉積技術,首次在SiO2擔載的Pt金屬納米顆粒表面上精準構筑出單位點Fe1(OH)x物種,進而形成了一種新型的Fe1(OH)x-Pt單位點界面催化劑結構。在富氫氛圍CO氧化(PROX)反應中,研究人員利用該催化劑首次在-75 °C110 °C的超寬溫度區間,成功實現了100%選擇性地CO完全去除,突破了現有CO氧化反應中催化劑工作溫度高和溫區窄的兩大瓶頸限制,該研究工作為氫燃料電池汽車的“心臟”提供了一種全方位的有效保護手段,解決了在各種極端氣候條件下頻繁冷啟動和連續運行期間的CO中毒問題,為該類汽車的未來推廣掃清了重大障礙。

  

該工作中,國家同步輻射實驗室研究人員通過原位同步輻射X射線吸收譜(XAFS)從實驗上探測到Fe1(OH)x物種在催化反應氣氛中的結構是Fe1(OH)3Fe1原子與Pt納米顆粒表面Pt原子形成Fe1-Pt的金屬鍵,并且驚奇地發現該物種具有超高還原特性,在室溫就實現氫氣還原生成Pt-Fe1(OH)2確定了在Pt顆粒表面上形成的Pt-Fe1(OH)3單位點界面是其催化活性中心,揭示了其催化反應機理。研究成果于2019131日以Atomically dispersed iron hydroxide anchored on Pt for preferential oxidation of CO in H2為題在國際著名期刊《Nature》上正式發表。

  

該項研究成果得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的經費支持,也得到了合肥國家同步輻射實驗室、北京同步輻射光源、上海同步輻射光源提供測試用光機時。

  

鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0869-5

  

 

 

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