近日，材料与能源学院陈俊松/吴睿团队在Advanced Materials上发表了题为“Unlocking Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance with Porous PtCoV Alloy Catalysts”的研究性论文，报道了一种嵌在碳纳米纤维多孔结构中的PtCoV多孔合金催化剂(PtCoV-EPNF)。电子科技大学材料与能源学院为唯一通讯单位，博士研究生赵磊为论文第一作者，材料与能源学院陈俊松教授、吴睿副研究员为论文共同通讯作者。
针对质子交换膜燃料电池中碳担载Pt基催化剂因离聚合物中磺酸基团毒化导致Pt利用率低的关键问题，研究人员合成了一种嵌在碳纳米纤维多孔结构中的PtCoV多孔合金催化剂(PtCoV-EPNF)。通过高温热解过程中产生的Kirkendall效应，实现了纳米合金的多孔化，从而显著提高了Pt原子的利用率。此外，钒(V)的掺杂优化了Pt的电子结构，增强了PtCo合金的本征活性，并加强了多孔合金中原子间的相互作用，进而提升了催化剂的稳定性。
图1. (a)抗磺酸基团中毒的Pt-离聚物界面微观结构设计示意图。PtCoV-EPNF催化剂纳米颗粒在载体上分布情况表征：(b) SEM图像及相应的(c)颗粒统计分析；(d) STEM图像及相应的(e)颗粒统计分析。
此外，高温碳化阶段，聚丙烯腈与SiO2的限域作用确保了超过90%的Pt合金纳米颗粒被原位封装在碳纤维多孔结构内部(图1)。在制备成膜电极(MEA)催化层时，这种嵌入性的催化剂能有效构筑出Pt-Nafion非直接接触界面，释放了活性位点，提高了低Pt负载下MEA输出功率密度与稳定性(图2)。本研究工作为开发低Pt燃料电池催化剂提供了新的思路。
图2. PtCoV-EPNF催化剂耐离聚物中毒研究。基于不同离聚物与碳质量比的(a) PtCoV-EPNF、(b) PtCoV-LSNF和(c) Pt/C催化层的H2-O2燃料电池极化曲线和功率密度曲线图；(d)不同离聚物与碳质量比的阴极催化层磺酸基团覆盖度和(e)质子传输阻抗；(f) PtCoV-EPNF催化剂与Nafion混合前后的Pt 4f XPS谱图
