上硅所《Nature Materials》發(fā)現鋯基材料或可取代昂貴的Pt催化劑！

 
化石能源的大量使用帶來(lái)了嚴重的環(huán)境污染和能源危機?？梢灶A見(jiàn)，在不久的將來(lái)，人類(lèi)社會(huì )的能源利用方式將從有限的碳基化石能源轉換到無(wú)盡的可再生能源。燃料電池和金屬空氣電池在這類(lèi)能源轉換中扮演著(zhù)重要的角色。當前，燃料電池中一直使用的是昂貴的Pt催化劑；據報道，Pt催化劑占到整個(gè)燃料電池成本的20%左右，這是導致這類(lèi)高效能源器件尚未得到大規模使用的重要原因之一。因此，發(fā)展具有高活性和穩定性的低成本電催化材料依然保持很大的挑戰。
近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所王家成研究員和中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所楊明輝研究員（共同通訊作者）聯(lián)合英國愛(ài)丁堡大學(xué)J. Paul Attfield教授（共同通訊作者）和印度理工學(xué)院Tiju Thomas教授發(fā)現鋯基材料表現出可取代貴金屬Pt催化劑的巨大潛力。Pt金屬儲量非常稀少，價(jià)格非常昂貴，高達約300元每克；相比較，Zr金屬儲量豐富，價(jià)格僅為Pt的1/700。
該研究成果近日發(fā)表在國際期刊Nature Materials（doi: 10.1038/s41563-019-0535-9，IF=38.9），上論文題目為“Zirconium Nitride Catalysts SurpassPlatinum for Oxygen Reduction”。王家成研究員作為該論文的共同第一作者，參與了實(shí)驗設計、數據分析、機理挖掘等重要工作。上海硅酸鹽所馬汝廣副研究員參與了該工作。
在該研究中，科研人員采用一種溫和的urea-glass方法，在更低的溫度下制備出了高活性ZrN納米顆粒，研究表明其具有比肩商用Pt催化劑的活性。此外，ZrN還表現出了比Pt更優(yōu)異的長(cháng)期使用穩定性。在實(shí)際的鋅空氣電池測試中，商用Pt催化劑使用一段時(shí)間后性能衰減明顯；而ZrN催化劑性能衰減要緩慢很多。
未來(lái)，該研究團隊將進(jìn)一步和產(chǎn)業(yè)界合作，努力將該實(shí)驗室研究成果轉換成實(shí)際的創(chuàng )新產(chǎn)品,這將有助于清潔能源的大規模使用，并有望為解決能源危機和環(huán)境污染問(wèn)題作出貢獻。