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質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)是綠色制氫的關(guān)鍵技術(shù)，契合可再生能源波動性。然而，質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)因陽極銥（Ir）基催化劑用量高，導致成本高，阻礙了其規(guī)模應用。降低Ir用量的研究主要聚焦于兩個方面：一是通過開發(fā)新型電催化劑來提升其本征活性；二是在構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)膜電極（MEA），提升催化劑利用率與電性能。
近期，中國科學院上海高等研究院研究團隊，提出“錐狀陣列+超薄Pt層+Pt納米花”的多層級結(jié)構(gòu)設計理念。研究通過精準構(gòu)建納米壓印光刻、離子濺射、原位生長三步工藝，可同時解決傳統(tǒng)MEA導電性和傳質(zhì)受限兩大痛點。同時，超薄Pt層兼具使面內(nèi)導電性提升12.3倍，并作為成核位點誘導Pt納米花生長的雙重功能，可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與性能協(xié)同優(yōu)化，進而實現(xiàn)0.096mg cm?²低Ir負載下的高性能，較傳統(tǒng)MEA節(jié)省95%以上Ir，且在2.0A cm?²下槽壓（1.758V）優(yōu)于高Ir負載的傳統(tǒng)MEA（1.797V@ 2mg cm-2），為質(zhì)子交換膜水電解的低Ir化應用提供了新思路。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術(shù)部、中國科學院等的支持。
多級結(jié)構(gòu)膜電極制備與性能示意圖 |
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