中国科大研发引领：抗氨镍基燃料电池催化新突破！

氢燃料电池作为一种无污染、高比能量的动力源，在当前能源工业中发挥着重要作用。然而，商业碳化铂（Pt/C）催化剂在氢燃料电池中容易受到氨中毒，导致性能下降。更糟糕的是，在碱性膜燃料电池中，铂基催化剂上的氢气氧化动力学缓慢，与氨中毒协同作用加速性能退化。因此，AEMFC的应用迫切需要一种活性高、抗腐蚀能力强的新型阳极催化剂。氨中毒。

鉴于此，中国科学技术大学高敏瑞教授领导的研究团队最近开发出一种具有高抗氨（NH3）毒性的镍基阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）阳极催化剂。该研究发表在《美国化学会杂志》上。

研究简介

研究人员推断，在Ni位点周围富集电子可以排斥NH3的孤对电子供给，而与电负性比Ni小的金属元素结合可以供给电子以获得富电子态。通过将铬（Cr）掺杂到高效氢氧化催化剂钼镍合金（mon4）中，不仅获得了Ni的富电子态，从而抑制了σN-H→的电子供给，而且还抑制了σN-H→的中心d带向下移动，阻挡了d→σ*NH的反向电子供给，两者都大大削弱了氨的吸附。

旋转盘电极（RDE）测试表明，铬掺杂催化剂Cr-MoNi4在2ppm NH3条件下循环10000次后活性并未明显下降，而传统Pt/C催化剂在此条件下活性下降严重。在实际的碱性膜燃料电池中，采用Cr-MoNi4作为阳极，在10 ppm NH3条件下可以维持95%的初始峰值功率密度，而Pt/C催化剂的峰值功率密度为65%。

研究表明Cr改性剂产生富电子态，有效抑制了σN-H→d的供给，同时也减少了d带中心的位移，同时较少的d带填充也限制了氨σ的供给* NH轨道的d电子供应从而协同削弱NH3的结合力。简而言之，Cr-Mon4 可用作 AEMFC 阳极的高效、高抗 NH3 且经济高效的负 HOR 催化剂。

旋转盘电极测试表明，Cr-MoNi4在2ppm NH3下循环10000次后，其成分和结构没有明显变化，而铂碳催化剂的性能却严重下降。如果将铬-钼-镍-4 封装到 AEMFC 中，该器件在 10 ppm NH3 下仍可保持初始峰值功率密度的 95%。

衰减全反射表面增强红外吸收光谱(ATR-)测量结果表明，无铬MoNi4和商用Pt/C催化剂在不同电位下均具有氨吸附行为，而铬调制催化剂没有NH3吸附峰。电子能量损失谱（EELS）和电子顺磁共振（EPR）测量也表明，铬的添加增加了d带态的占据。

高教授课题组一直致力于AEMFC非贵金属电催化剂的开发和应用。这些发现将推动对未来氢燃料电池的研究，这些电池不含耐杂质气体中毒的铂族金属（PGM）催化剂。

参考

Ye-Hua Wang 等人，基于 NH3- 的阴离子燃料电池，(2023)。 DOI：10.1021/jacs。

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