近期，來自黑龍江大學、南洋理工大學及廈門大學的科研團隊通力合作，成功研發出一種創新的催化劑——低含量鉑（Pt）負載於小尺寸氮化鎢（WN）與還原氧化石墨烯（rGO）複合材料上（Pt@WN/rGO）。這一突破性成果為質子交換膜燃料電池（PEMFC）技術的未來發展開闢了新路徑。
氮化鎢圖片
質子交換膜燃料電池作為一種直接將高能量密度的氫燃料高效轉化為電能的技術，其應用前景廣闊。然而，傳統高負載Pt基電催化劑不僅生產成本高昂，而且易受一氧化碳（CO）毒化影響，這極大地限制了其在商業領域的廣泛應用。因此，科研界急需探索出既具備高氫氧化反應（HOR）活性，又能有效抵抗CO毒化的低Pt含量電催化劑。
針對這一挑戰，研究者巧妙地利用氮化鎢的電子調節作用，顯著提升了Pt催化劑的HOR活性及抗CO毒化能力，從而成功製備出Pt@WN/rGO催化劑。實驗結果顯示，在酸性電解液環境中，該催化劑的HOR品質活性高達3060A gPt−1，且在連續20小時的測試中，其催化活性仍能維持在98.1%的高水準。值得一提的是，即便在高達1000ppm的高濃度CO存在條件下，該催化劑的HOR活性依然能保持98.2%以上，展現出卓越的抗毒化性能。
Pt@WN/rGO合成示意圖（來源：Journal of the american chemical society）
與未引入氮化鎢的Pt/rGO催化劑相比，Pt@WN/rGO的CO溶出峰電位顯著降低，這充分說明氮化鎢的加入有效減少了CO在催化劑表面的競爭吸附，進而增強了Pt上氫吸附位點的可利用性。這種獨特的協同作用不僅大幅提升了催化劑的抗CO毒化能力，還顯著增強了其HOR活性。
當將該催化劑作為陽極元件應用於質子交換膜燃料電池時，其在純氫氣條件下展現出了較高的功率密度和出色的耐受性。這一研究成果不僅為PEMFC技術的商業化應用提供了有力支援，也為未來清潔能源技術的發展注入了新的活力。
該研究成果已以“Unlocking Superior Hydrogen Oxidation and CO Poisoning Resistance on Pt Enabled by Tungsten Nitride-Mediated Electronic Modulation”為題發表在Journal of the American Chemical Society期刊上。
來源：Journal of the American Chemical Society
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