第一作者：Wei Li

通讯作者：王双印，陶李，李亚飞，卢善富

通讯单位：湖南大学，南京师范大学，北京航空航天

研究背景

质子交换膜(PEM)燃料电池具有能量容量高、环境影响小等优点，为实现碳中性目标提供了一种高效的能量转换装置。高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）在120~250°C工作温度范围内，采用掺杂磷酸(PA)的高分子材料作为高温膜，克服了传统低温质子交换膜燃料电池（LT-PEMFC，70~95 °C）存在的问题：1)借助热电耦合加速了反应动力学；2)高温系统无液体，简化了热管理和水管理；3)提高了电催化剂的抗有毒气体能力，使重整气可直接作为燃料用于HT-PEMFC。然而，HT-PEMFCs中，磷物种对铂（Pt）的毒害严重影响了氧还原反应的动力学，限制了其商业化应用。

文章亮点

研究人员首次通过掺杂少量的Cu来减弱面心立方(fct) PtFe有序金属间合金（Cu-PtFe/NC）的磷酸盐中毒，导致更多的本征活性位点暴露并用于HT-PEMFC。

文章概要

1）实验结果和理论计算都表明，掺杂调制应变促进了Cu-PTFE/NC电催化剂中Pt向Cu的电子转移，从而抑制了磷酸盐在Pt表面的吸附能，改善了HT-PEMFC的性能。

2）结果表明，Cu-PtFe/NC电催化剂在HT-PEMFC中表现出优异的电性能（793.5 mW cm−2），具有0.5 mgPt cm−2的低Pt负载量，在0.7 V电压下，可提供0.2 A cm−2的电流密度，并持续至少100 h。

研究意义

本工作构建了性能优异的用于HT-PEMFC的电催化剂，为利用晶格应变调控磷酸盐在Pt表面的吸附行为，精细设计高效、耐用的电催化剂提供了一条新的、通用的途径。

参考文献

Wei Li, et al, Doping-Modulated Strain Enhancing the Phosphate Tolerance on PtFe Alloys for High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202109244

https://doi.org/10.1002/adfm.202109244

王双印教授课题组链接

http://cmeel.hnu.edu.cn/index.htm