中國科學技術(shù)大學教授曾杰團隊與國家同步輻射實驗室教授鮑駿團隊合作，研制出一種新型氫氧燃料電池陰極催化劑。該催化劑為超立方體框架結(jié)構(gòu)，在氫氧燃料電池陰極反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性，為今后相關(guān)電催化劑的設(shè)計提供了新思路。該成果日前發(fā)表于《美國化學會志》。

燃料電池是一種化學電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)時釋放出的能量，直接將其變換為電能。當前，電池陰極氧還原反應(yīng)的鉑基催化劑活性和穩(wěn)定性較低，制約了電池輸出功率和充放電循環(huán)次數(shù)，從而增加了整個燃料電池的成本。因此，高活性、高穩(wěn)定性的陰極催化劑制備，成為氫氧燃料電池研究的熱點與難點。

中國科學技術(shù)大學團隊受三維立方體向四維超立方體演變的啟發(fā)，將鈀鉑均勻合金立方體進行氧化刻蝕，通過精準調(diào)控鈀原子的去除和余下鈀原子、鉑原子的重排，得到鈀鉑合金超立方體框架結(jié)構(gòu)。此外，通過調(diào)節(jié)初始立方體中鈀、鉑兩種元素比例，還可以得到八足體和立方框架結(jié)構(gòu)。

在電池陰極催化測試中，立方框架結(jié)構(gòu)、超立方體結(jié)構(gòu)和八足體結(jié)構(gòu)的單位質(zhì)量活性，分別達到商用鉑碳催化劑的4.1倍、11.6倍和8.3倍。理論計算表明，超立方體表面晶面的氧吸附能最接近于理論最優(yōu)值，這一趨勢與實際測試的氧還原活性順序相一致。

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