三科研进展 中的甲醇氧化或氧气还原具有很好的选择者们研究了催化剂的制备、放大和表征,在 性。具体的,他们使用具有核-壳-壳结构的利用无质子膜DMFC模型证实了催化剂选择 三元纳米复合材料Au@AgS@Pt和具有核壳性的基础上,成功组装了DMFC单电池图 结构的Au@Pd纳米材料分别作为DMFC的1)。测试表明,在甲醇浓度为10M时,电池 阳极和阴极电催化剂。对于前者,三元材料输出的功率密度为897mW/cm2,远高于近 中的电子耦合效应使Pt原子的电子云密度增年来报道的使用其它策略实现高浓度甲醇下 加,能够抑制一氧化碳￠0)和氧气们)分子操作的DMFC的输出功率密度。在甲醇浓度 在Pt原子上的吸附,使其具有优良甲醇氧化提升至15M时,电池输出功率略微下降,仍 活性的同时具有较弱的氧化还原活性;而对能维持827mW/cm2的功率密度输出 于后者,由于晶格参数和电负性的差异,Au 上述相关研究得到了国家自然科学基金 内核施加在超薄Pd壳层上的晶格拉伸效应No.21376247,21506225,21573240)和中科院 和电子耦合效应很好地提升了Pd催化氧气过程工程所介尺度研究中心C0M2015A001) 还原的活性,而又由于Pd在酸性介质中对甲的资助。该研究结果发表于美国科学促进会 醇氧化没有活性,使这种核壳结构材料成为④AAS)出版的国际著名期刊 Science a dvances DMFC阴极选择性催化剂合适的候选。研究6 cience a dvances2017,3:el700580) Anode Cathode Current collector Current collector Heating plate Heating plate MEA End plate+ End plate Carbon plate Carbon plate 基于选择性电催化剂组装的直接甲醇燃料电池单电池及其组成部分示意图 6|2017年8月总第318期科研进展 6 2017 年 8 月 总第 318 期 中的甲醇氧化或氧气还原具有很好的选择 性。具体的，他们使用具有核-壳-壳结构的 三元纳米复合材料 Au@Ag2S@Pt 和具有核壳 结构的 Au@Pd 纳米材料分别作为 DMFC 的 阳极和阴极电催化剂。对于前者，三元材料 中的电子耦合效应使 Pt 原子的电子云密度增 加，能够抑制一氧化碳(CO)和氧气(O2)分子 在 Pt 原子上的吸附，使其具有优良甲醇氧化 活性的同时具有较弱的氧化还原活性；而对 于后者，由于晶格参数和电负性的差异，Au 内核施加在超薄 Pd 壳层上的晶格拉伸效应 和电子耦合效应很好地提升了 Pd 催化氧气 还原的活性，而又由于 Pd 在酸性介质中对甲 醇氧化没有活性，使这种核壳结构材料成为 DMFC 阴极选择性催化剂合适的候选。研究 者们研究了催化剂的制备、放大和表征，在 利用无质子膜DMFC模型证实了催化剂选择 性的基础上，成功组装了 DMFC 单电池(图 1)。测试表明，在甲醇浓度为 10 M 时，电池 输出的功率密度为 89.7 mW/cm2 ，远高于近 年来报道的使用其它策略实现高浓度甲醇下 操作的 DMFC 的输出功率密度。在甲醇浓度 提升至 15 M 时，电池输出功率略微下降，仍 能维持 82.7 mW/cm2 的功率密度输出。 上述相关研究得到了国家自然科学基金 (No. 21376247, 21506225, 21573240)和中科院 过程工程所介尺度研究中心(COM2015A001) 的资助。该研究结果发表于美国科学促进会 (AAAS)出版的国际著名期刊Science Advances (Science Advances, 2017, 3: e1700580)。 基于选择性电催化剂组装的直接甲醇燃料电池单电池及其组成部分示意图