氫燃料電池汽車(chē)是以氫氣為燃料的新能源清潔動(dòng)力汽車(chē),具有清潔“零”排放、能量轉(zhuǎn)化效率高的顯著優(yōu)勢(shì),是未來(lái)新能源汽車(chē)發(fā)展的主要方向之一。然而現(xiàn)階段,制約氫燃料電池汽車(chē)的推廣和普及的關(guān)鍵難題之一就是氫燃料電池的CO易被CO雜質(zhì)氣體所毒化,造成燃料電池性能下降和壽命縮短等問(wèn)題,給氫燃料電池汽車(chē)的“心臟”帶來(lái)致命的傷害。
針對(duì)該關(guān)鍵性科學(xué)難題,使得汽車(chē)敢于吃“粗糧”,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的路軍嶺教授、楊金龍教授等研究組與國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室韋世強(qiáng)教授研究組聯(lián)合攻關(guān),利用原子層沉積技術(shù),首次在SiO2擔(dān)載的Pt金屬納米顆粒表面上精準(zhǔn)構(gòu)筑出單位點(diǎn)Fe1(OH)x物種,進(jìn)而形成了一種新型的Fe1(OH)x-Pt單位點(diǎn)界面催化劑結(jié)構(gòu)。在富氫氛圍CO氧化(PROX)反應(yīng)中,研究人員利用該催化劑首次在-75 °C至110 °C的超寬溫度區(qū)間,成功實(shí)現(xiàn)了100%選擇性地CO完全去除,突破了現(xiàn)有CO氧化反應(yīng)中催化劑工作溫度高和溫區(qū)窄的兩大瓶頸限制,該研究工作為氫燃料電池汽車(chē)的“心臟”提供了一種全方位的有效保護(hù)手段,解決了在各種極端氣候條件下頻繁冷啟動(dòng)和連續(xù)運(yùn)行期間的CO中毒問(wèn)題,為該類(lèi)汽車(chē)的未來(lái)推廣掃清了重大障礙。該工作中,國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室研究人員通過(guò)原位同步輻射X射線吸收譜(XAFS)從實(shí)驗(yàn)上探測(cè)到Fe1(OH)x物種在催化反應(yīng)氣氛中的結(jié)構(gòu)是Fe1(OH)3,F(xiàn)e1原子與Pt納米顆粒表面Pt原子形成Fe1-Pt的金屬鍵,并且驚奇地發(fā)現(xiàn)該物種具有超高還原特性,在室溫就實(shí)現(xiàn)氫氣還原生成Pt-Fe1(OH)2,確定了在Pt顆粒表面上形成的Pt-Fe1(OH)3單位點(diǎn)界面是其催化活性中心,揭示了其催化反應(yīng)機(jī)理。研究成果于2019年1月31日以“Atomically dispersed iron hydroxide anchored on Pt for preferential oxidation of CO in H2”為題在國(guó)際著名期刊《Nature》上正式發(fā)表。該項(xiàng)研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持,也得到了合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室、北京同步輻射光源、上海同步輻射光源提供測(cè)試用光機(jī)時(shí)。鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0869-5

