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 據(jù)《自然·通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院莊林、肖麗課題組關(guān)于堿性聚合物電解質(zhì)燃料電池（APEFC）非貴金屬催化劑的最新研究成果。

　　論文題為“Synergistic Mn-Co catalyst outperforms Pt on high-rate oxygen reduction for alkaline polymer electrolyte fuel cell”（《高效協(xié)同錳鈷催化劑對(duì)堿性聚電解質(zhì)燃料電池的氧還原性能優(yōu)于鉑》），第一作者汪瀛是莊林教授的博士生。

　　APEFC是一類新型燃料電池，其特點(diǎn)是可使用非貴金屬催化劑，有望大幅降低造價(jià)，解決我國(guó)目前車用燃料電池關(guān)鍵材料依賴進(jìn)口的“卡脖子”問題。3年前，該課題組在研究MnCo尖晶石（MCS）催化劑時(shí)發(fā)現(xiàn)：雖然在溶液中MCS對(duì)氧還原反應(yīng)（ORR）的催化活性低于鉑（Pt）催化劑，但在電池中的表現(xiàn)卻不遜于Pt，甚至在低濕度條件下明顯優(yōu)于Pt電極。在隨后一年時(shí)間中，課題組結(jié)合多種譜學(xué)和計(jì)算方法，全面揭示了這一新奇發(fā)現(xiàn)背后的機(jī)理。在APEFC陰極，水分子參與ORR但并非大量存在，因此水分子的活化成為一個(gè)關(guān)鍵因素。在MCS催化劑中，Mn與Co分別扮演著不同的角色，Mn活化O2而Co活化H2O，協(xié)同催化伴隨質(zhì)子轉(zhuǎn)移的電極反應(yīng)。這種機(jī)理是相對(duì)憎水的Pt表面所缺乏的。

　　該發(fā)現(xiàn)不僅揭示了燃料電池催化劑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原理，而且使APEFC非貴金屬陰極性能達(dá)到一個(gè)高水平，60oC下單電池功率密度達(dá)1.1W/cm2。可以預(yù)見，這一研究進(jìn)展將有力推動(dòng)APEFC的實(shí)用化進(jìn)程。在這一領(lǐng)域，莊林課題組自2008年在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》報(bào)道首例非貴金屬催化劑APEFC原型以來，在材料和催化等方面的研究不斷取得進(jìn)展，堿性聚電解質(zhì)這一關(guān)鍵材料開始走向商品化。

　　該工作得到美國(guó)康奈爾大學(xué)Héctor D. Abruña教授、武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王建波教授、臺(tái)灣科技大學(xué)黃炳照教授等合作者在同步輻射光源譜學(xué)和球差校正透射電鏡測(cè)試方面的幫助