质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种极具吸引力的环保能源转换系统，可在环境条件下将化学燃料高效转换为电能，同时减少CO2排放。贵铂族金属(PGM)在驱动这一电化学过程中表现出最高的活性，但是由于PGM储量少，价格高，因此越来越多的人寻求使用较少或不使用PGM的高性能电催化剂。近日，天津理工大学丁轶团队设计了一种具有拉伸应变的Pd基电催化剂，并比较了其在PEMFC中的阳极性能。因为Au (4.08 Å)的晶格参数大于钯(3.88 Å)，研究人员通过使用纳米多孔金(NPG)膜作为支撑，Pd覆盖层的外延生长会调控核壳纳米结构(NPG-Pd)的拉伸状态。在涂覆大约四个原子层后，发现Pd壳层达到了氢吸收和加速氢“溢出”的最佳状态，这极大地提高了PEMFC中的整体阳极性能。此外，原位TEM、EA和H-TPD分析证实了在拉伸应变Pd中明显加速的氢吸收和解吸动力学。因此，这种拉伸应变的Pd阳极表现出优异的PEMFC性能，NPG-PdTS(4.5 µg cm-2Pd负载)在80℃时具有1048 mW cm-2的功率密度，Pd的功率效率大约是商业Pd/C的30倍。此外，使用恒电流技术在100 mA cm-2下对NPG-Pd TS阳极进行了稳定性测试，与Pd负载为100 µg cm-2的Pd/C阳极进行对比，在持续480分钟的稳定性测试期间，使用NPG-PdTS阳极的 PEMFC性能始终高于Pd/C阳极。这项工作为设计具有高PEMFC性能的低负载PGM电极提供了新策略。Accelerated Hydrogen “Spill-Over” Enhances Anode Performance of Tensile Strained Pd-Based Fuel Cell Electrocatalysts. Small methods, 2022. DOI: 10.1002/smtd.202101328
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