原位动态研究界面催化剂取得突破
时间 : 2019-02-03     

氢燃料电池汽车是以氢气为燃料的新能源清洁动力汽车,具有清洁“零”排放、能量转化效率高的显著优势,是未来新能源汽车发展的主要方向之一。然而现阶段,制约氢燃料电池汽车的推广和普及的关键难题之一就是氢燃料电池的CO易被CO杂质气体所毒化,造成燃料电池性能下降和寿命缩短等问题,给氢燃料电池汽车的“心脏”带来致命的伤害。

针对该关键性科学难题,使得汽车敢于吃“粗粮”,中国科学技术大学的路军岭教授、杨金龙教授等研究组与国家同步辐射实验室韦世强教授研究组联合攻关,利用原子层沉积技术,首次在SiO2担载的Pt金属纳米颗粒表面上精准构筑出单位点Fe1(OH)x物种,进而形成了一种新型的Fe1(OH)x-Pt单位点界面催化剂结构。在富氢氛围CO氧化(PROX)反应中,研究人员利用该催化剂首次在-75 °C至110 °C的超宽温度区间,成功实现了100%选择性地CO完全去除,突破了现有CO氧化反应中催化剂工作温度高和温区窄的两大瓶颈限制,该研究工作为氢燃料电池汽车的“心脏”提供了一种全方位的有效保护手段,解决了在各种极端气候条件下频繁冷启动和连续运行期间的CO中毒问题,为该类汽车的未来推广扫清了重大障碍。该工作中,国家同步辐射实验室研究人员通过原位同步辐射X射线吸收谱(XAFS)从实验上探测到Fe1(OH)x物种在催化反应气氛中的结构是Fe1(OH)3,Fe1原子与Pt纳米颗粒表面Pt原子形成Fe1-Pt的金属键,并且惊奇地发现该物种具有超高还原特性,在室温就实现氢气还原生成Pt-Fe1(OH)2,确定了在Pt颗粒表面上形成的Pt-Fe1(OH)3单位点界面是其催化活性中心,揭示了其催化反应机理。研究成果于2019年1月31日以“Atomically dispersed iron hydroxide anchored on Pt for preferential oxidation of CO in H2”为题在国际著名期刊《Nature》上正式发表。该项研究成果得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的经费支持,也得到了合肥国家同步辐射实验室、北京同步辐射光源、上海同步辐射光源提供测试用光机时。链接:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0869-5