氢燃料电池阴极需要使用大量铂基催化剂来催化氧还原反应，而贵金属铂的使用使氢燃料电池的造价非常昂贵。发展高活性催化剂、减少铂的使用量，是氢燃料电池大规模商业化的关键所在。
金属间纳米颗粒（i-NPs）的表面和近表面原子排列使其表现出几何和电子特性，可以增强催化应用中的活性、选择性和稳定性。i-NPs规则结构确保了同质性的活性位点，有助于研究结构活性关系。相比于无序固体溶液，有序金属间化合物在热力学上具有稳定性，但无序到有序的过渡转变实现必须克服原子有序化的动力学势垒。
高温能够促进i-NP催化剂原子扩散和有序排列，但高温退火会加速颗粒间烧结，将产生尺寸更大（>5 nm）和分布更广的i-NPs，同时其比表面积和活性也会相应降低。近期，针对应用于燃料电池的小尺寸铂金属间纳米颗粒材料研究受到高度关注，然而，目前关于负载型亚5纳米i-NPs系列催化剂合成方法或系统地探讨其组成和活性增强机理的研究还鲜有报道。
近日，中国科学技术大学梁海伟教授/林岳博士研究组和北京航空航天大学水江澜教授研究组合作，以“Sulfur-anchoring synthesis of platinum intermetallic nanoparticle catalysts for fuel cells”为题在Science 期刊发表最新研究成果。研究者们以二氧化硅纳米颗粒为分子前驱体模板、钴辅助碳化制备了多孔掺硫的碳支架（碳76.0 wt%、硫14.0 wt %和氧9.0 wt %），钴和氮可忽略不计。硫-碳支架的高比表面积（1490 m2g-1）和介孔结构提供了丰富的均匀分布硫点，可用于金属纳米颗粒的锚固。作者合成了46种由铂和其他16种金属元素组合构成的、平均粒径<5纳米的i-NP系列催化剂，铂和硫之间的强烈化学相互作用抑制了高达1000°C的金属烧结 。利用多孔结构和碳支架表面功能化，催化剂在质子交换膜燃料电池中表现出高质量效率，超低铂负载的PtCo i-NPs（0.02mgPt cm-2）阴极最大功率密度为1.08 W cm-2。在0.9 V电压下时，每毫克铂可以达到1.3至1.8安培的高活性。
基于硫-碳支架结构的铂基i-NPs合成与结构表征图示
代表性i-NPs的原子分辨率HAADF-STEM图像和EDS元素mapping
铂-硫强化学相互作用及硫-碳上i-NPs的形成机理
电催化性能与构效关系
文献信息
Cheng-Long Yang, Li-Na Wang, Peng Yin, Jieyuan Liu, Ming-Xi Chen, Qiang-Qiang Yan, Zheng-Shu Wang, Shi-Long Xu, Sheng-Qi Chu, Chunhua Cui, Huanxin Ju, Junfa Zhu, Yue Lin, Jianglan Shui, Hai-Wei Liang，Sulfur-anchoring synthesis of platinum intermetallic nanoparticle catalysts for fuel cells. Science 374, 459–464 (2021)
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj9980
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第六届国际碳材料大会暨产业展览会
多孔碳材料论坛
2021.11.18-20日 上海跨国采购会展中心
多孔碳材料论坛
时间
嘉宾及报告议题
执行主席：陈成猛 研究员
2021年11月17日，星期三
13:00-18:00
注册报到
2021年11月18日 上午，星期四
09:00-12:00
大会开幕式，主论坛报告
12:00-13:30
午餐 & 展区参观
13:30-13:35
开幕致辞
13:35-14:05
参考议题：生物质基活性炭吸附材料研究与展望
蒋剑春，中国工程院院士，中国林业科学研究院林产化学工业研究所研究员
14:05-14:30
酚醛树脂微球的分子尺度设计及光催化生产双氧水
刘健，中国科学院大连化学物理研究所研究员
14:30-14:55
功能介孔碳材料的设计合成
李伟，复旦大学教授
14:55-15:20
参考议题：多孔碳与碳基复合材料的设计制备与应用探索
吴张雄，苏州大学教授
15:20-15:45
茶歇 & 展区参观
15:45-16:10
超级电容器用电容炭研究与产业化
陈成猛，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员
16:10-16:35
多孔碳商业化评价方法及流程
安仲勋，上海奥威科技开发有限公司副总经理，国家车用超级电容器系统工程技术研究中心主任
16:35-17:00
超级电容器用多孔碳材料的可控构筑及其产业化研究
杨维清，西南交通大学教授
18:00-20:00
欢迎晚宴
2021年11月19日，星期五
09:00-09:25
新型催化炭材料技术支撑的贵金属减量化与替代
李瑛，浙江工业大学教授/杭州佳炭新材料科技有限公司
09:25-09:50
碳@铝复合材料的制备及其污染物去除性能研究
杨世迎，中国海洋大学教授
09:50-10:15
新一代净水MTP滤芯介绍
许鑫，北京碧水源科技股份有限公司研发中心高级工程师
10:15-10:45
茶歇 & 展区参观
10:45-11:10
多孔碳功能材料设计与能源转换
张进涛，山东大学教授
11:10-11:35
Structural Design of Carbon Materials for Microwave Absorbing Properties
黄小萧，哈尔滨工业大学教授
11:35-12:00
电化学应用导向的纳米多孔碳的设计与合成
张国新，山东科技大学教授
12:00-14:00
午餐 & 展区参观
14:00-14:25
生物基碳材料创制-问题与挑战
张亚刚，电子科技大学教授
14:25-14:50
生物质基碳材料在高级氧化技术中的应用
张延荣，华中科技大学教授
14:50-15:15
生物质多孔碳材料制备与储能应用
彭新文，华南理工大学教授
15:15-15:45
茶歇 & 展区参观
15:45-16:10
参考议题：碳气凝胶：设计、制备及应用
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
16:10-16:35
泡沫碳的制备和应用探索
黄形，博士/广东煤基碳材料研究有限公司碳材料研究院常务副院长
16:35-17:00
参考议题：泡沫炭的制备与应用
李凯，军事科学院防化研究院防化研究院副研究员
17:00-17:15
隔热承载一体化材料及其高温演变规律
郭鹏磊，中国科学院金属研究所博士
2021年11月20日 上午，星期六
09:00-09:25
活性炭制备关键问题及性能思考
陈永，海南大学教授
09:25-09:50
活性炭在全氟化合物（PFAS）的应用
贺鹏，卡尔冈炭素（苏州）有限公司总经理
09:50-10:15
石油焦制备超级电容器活性炭的研究与产业化
左宋林，南平元力活性炭有限公司技术顾问
10:15-10:45
茶歇 & 展区参观
10:45-11:10
功能性多孔碳材料的制备与应用研究
张世国，湖南大学教授
11:10-11:35
以生物质碳为原料的超级电容活性炭的工业化生产
张永林，北海星石碳材料科技有限责任公司总经理
11:35-12:00
三维多孔碳的制备及其在5V高电压超级电容单体中的应用
赵磊，岭南师范学院物理系副主任
12:00-14:00
午餐 & 展区参观
14:00-17:00
自由离会
以最终议程为准
参会联系
陈曦 市场经理
手机：18094599260 (微信同号)
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