完成了基本原料的制備后,研究人員希望驗證該材料在燃料電池組內部電化學的嚴苛環境下的穩定性,所以他們在納米框架的鉑原子外包裹了一層“保護層”,提升其耐久性。通過在氬氣中進行退火熱處理,納米框架的表面產生了一層由鉑組成的“保護層”。
Yang說:“我們猜測是氧原子將納米鎳微粒帶到了框架上,氬氣的退火作用將鉑帶到了表面上。”
超高活性催化劑
Pt3Ni框架結構的內外表面均由納米鉑結構組成,它提升了氧化還原反應活性。相比最好的鉑-碳催化劑,納米框架催化劑的質量活力和比活力分別提高了36倍和22倍。新材料目前還沒投入實際的燃料電池組進行測試。
Yang說:“相比其他的人工合成中空納米結構的嘗試,我們的做法不需要通電、不需要使用過強的氧化劑,只需在空氣中自發進行。鉑-鎳納米框架的開放結構滿足了先進納米點催化劑設計中的一些法則,如高面容比、好的三維接近性、更少的貴金屬用量等。”
這種新型催化劑大幅減小了鉑的用量,下一代的低價格、高性能尾氣催化器很有可能從中開發出來。
該催化材料的人工合成過程可以比較容易地實現放大,滿足以克為單位的實際應用場合。重要的是,該方法可以繼續推廣到另外的合金納米框架的合成中,如鉑-鈷合金、鉑-銅合金、鉑-錸-鎳合金和鉑-鉛-鎳合金。

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