記者從海南大學獲悉，該校海洋科學與工程學院副教授苗政培團隊成功研發出富電子氮化鈦介導的鉑鎳鈷合金催化劑，為解決直接甲醇燃料電池實用化過程中一氧化碳中毒與過渡金屬溶解等關鍵難題，提供了解決方案。相關研究成果已發表于《美國化學學會中心科學》。
當前，直接甲醇燃料電池以甲醇為燃料，具有燃料來源廣泛、系統結構緊湊、環境友好等優點，在便攜式電源和小型發電系統等領域展現出廣闊應用前景。然而在實際使用過程中，高濃度甲醇容易導致催化劑表面一氧化碳中間體的大量積累，引發催化劑中毒。此外，鉑基合金中的鎳、鈷等過渡金屬在酸性和高電位環境下易發生溶解，造成催化活性下降，并加速關鍵膜材料的降解，進而導致電池阻抗的增加，影響整體性能和使用壽命。
針對這些制約因素，苗政培團隊基于電子結構調控理念，將電子富集的氮化鈦作為催化劑支撐體，并與鉑鎳鈷合金組配，實現了催化劑在實際器件中性能的明顯提升。研究顯示，金屬與載體之間的強電子耦合效應，使得界面處電子轉移有效降低了鉑與一氧化碳的結合強度，增強了催化劑的抗中毒能力。同時，優化的電子環境也增強了鉑與鎳、鈷之間的化學鍵強度，顯著抑制了過渡金屬元素的溶解。在加速耐久性測試中，富電子催化劑中鎳、鈷的溶解速率較以商業化碳載體負載的鉑鎳鈷合金催化劑，降低幅度超過50%。膜電極組裝測試顯示，該催化劑在100毫安每平方厘米條件下連續運行50小時，僅有9.6%的電壓衰減，峰值功率密度保持率達到89.3%，整體穩定性較采用商業化碳載體負載的對比催化劑提升近4倍。相關催化機制也通過密度泛函理論計算及壽命加速實驗予以驗證。
苗政培表示，該研究為直接甲醇燃料電池高效、耐久催化劑的開發奠定了科學基礎，同時也為質子交換膜燃料電池、甲酸燃料電池等其他受中毒與腐蝕影響的電化學能源體系提供了新的研究思路。