燃料電池，或讓生活更美好

近年來，隨著經濟的迅猛發展，我國對能源的需求日益增加。化石能源作為目前全球消耗的最主要能源，在給我們帶來方便的同時，也對地球環境造成了嚴重污染。因此，開發可代替化石能源的清潔能源變得越來越重要。

圖1 環境污染 （圖片來自網路）

燃料電池是一種能把燃料和氧化劑中的化學能直接轉化成電能的裝置，它是繼水力、火力、原子能發電方式之後的「第四種發電方式」。因其具有節能、轉換效率高、接近零排放的優點，已成為解決能源和環境問題的重要方法。

圖2 燃料電池 （圖片來自網路）

其中，甲醇燃料電池具有工作效率高、環境友好等特點，被廣泛應用於攜帶型設備。相比於氫能源，甲醇是一種更加便宜的液態燃料，便於存儲、易運輸，且具有更高的理論能量密度，因此，甲醇燃料電池在新能源汽車、攜帶型電子設備等領域具有非常好的應用潛力。

圖3 甲醇燃料電池筆記本 （圖片來自網路）

然而，甲醇燃料電池雖好，也有制約其進一步發展的短板——催化劑。目前，甲醇燃料電池的催化劑主要採用鉑納米材料製成，但是傳統鉑納米材料在製備過程中，會產生毒化、析出等副作用，使得鉑納米催化劑的有效面積活性和質量活性逐漸降低，嚴重影響了甲醇燃料電池的使用壽命。此外，製備鉑納米材料所需的金屬鉑儲存量低、價格昂貴、成本高，十分不利於電池的大規模商業化應用。因此，製備高活性、穩定性好的催化劑，對甲醇燃料電池的進一步大規模應用具有重要意義。

為了提高甲醇燃料電池催化劑的催化活性和穩定性，人們已通過多種方法製備出了具有不同結構的鉑及鉑基納米催化劑，例如：具有高指數晶面的鉑納米粒子、空心鉑鈀合金、鉑鎳合金、銀鉑合金等，但這些材料的製備方法大多工序複雜、反應周期長，而且並不能很好的解決上述催化活性和穩定性問題。

中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所李越研究員團隊採用激光誘導法成功製備出三維多孔金銀鉑三元合金納米材料催化劑（spongy AuAgPt NSs），如圖4,5所示。

圖4 三維多孔金銀鉑三元合金納米催化劑的形貌和結構表徵

圖5 催化活性位點表徵

由於多孔結構以及高指數晶面、晶格扭曲和孿晶界的存在，使其具有大的比表面積和高密度活性位點。該催化劑不僅穩定性遠高於傳統鉑納米材料，而且對甲醇催化的質量活性是商業化鉑黑（Ptblack）的5.1倍（圖6）。

圖6 三維多孔金銀鉑三元合金納米催化劑對甲醇催化氧化的性能測試

該項研究結果從一定程度上解決了燃料電池使用時催化劑催化活性不高、穩定性差和電池使用壽命短等問題。而且，該製備方法為新型鉑基納米催化劑的製備提供了一種嶄新的設計思路，同時為發展高效穩定的燃料電池奠定了良好的材料基礎。

來源：中國科學院合肥物質科學研究院

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