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 據悉，11月9日，國際頂級期刊《Science》在線發表了美國阿貢國家實驗室種麗娜博士、劉迪嘉研究員（通訊作者）、普渡大學 Jeffery Greeley教授、上海交通大學材料科學與工程學院輕合金中心鄒建新教授、丁文江院士等人的合作研究論文：Ultralow-loading platinum-cobalt fuel cell （ http://science.sciencemag.org/content/early/2018/11/07/science.aau0630 ）。

該文章針對目前氫燃料電池汽車的膜電極（MEA）用氧還原（ORR）催化劑鉑含量高，價格昂貴的問題，開發了一種新型的超低鉑ORR催化劑，不僅具有超高的催化活性（1.77A／mg Pt@0.9V ，4倍于DOE 2020 目標0.44A／mg Pt@0.9V ），極低的鉑含量（0.033mg pt／cm2），而且可在氫燃料電池環境中耐受30000次以上電化學循環測試。本研究從Co基沸石咪唑結構框架材料（MOF）出發，在含鉑、氨環境中進行熱處理，獲得了具有Co、N摻雜的石墨烯結構基底（Co-Nx-Cy），并在該基底上生長出以Pt-Co合金為核心，4-5層Pt原子為殼層的納米粒子（ Pt-Co@Pt ）。以往的研究表明，Co-Nx-Cy基底自身具有ORR活性，但是其活性位點易遭到ORR過程中間產物H2O2的攻擊而失去催化活性。基于第一性原理的計算顯示，Pt與Co-Nx-Cy基底上的活性位點Co-N4基團具有較強的相互作用，Co-N4基團上產生的H2O2可轉移至 Pt-Co@Pt 納米顆粒上從而被分解，這種協同作用使得無鉑基底與含鉑納米粒子共同產生強ORR效果，并具有長時間的催化穩定性。該項研究表明，使用新型超低鉑催化劑可將100kW級燃料電池汽車的鉑用量控制在3g以內（業界最高水準的豐田Mirai氫燃料電池用鉑量約20g），已非常接近普通燃油汽車尾氣三元催化劑的鉑用量水平（～0.25-3g），這為氫燃料電池汽車的大規模推廣奠定了基礎。本研究部分得到了材料基因組國家重點研發計劃項目（2016YBF0701200）和國家自然科學基金項目（51771112）的資助。

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