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(dòng)性。然而，質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)因陽(yáng)極銥（Ir）基催化劑用量高，導(dǎo)致成本高，阻礙了其規(guī)模應(yīng)用。降低Ir用量的研究主要聚焦于兩個(gè)方面：一是通過(guò)開發(fā)新型電催化劑來(lái)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(guó)科學(xué)院上海高等研究院研究團(tuán)隊(duì)，提出“錐狀陣列+超薄Pt層+Pt納米花”的多層級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。研究通過(guò)精準(zhǔn)構(gòu)建納米壓印光刻、離子濺射、原位生長(zhǎng)三步工藝，可同時(shí)解決傳統(tǒng)MEA導(dǎo)電性和傳質(zhì)受限兩大痛點(diǎn)。同時(shí)，超薄Pt層兼具使面內(nèi)導(dǎo)電性提升12.3倍，并作為成核位點(diǎn)誘導(dǎo)Pt納米花生長(zhǎng)的雙重功能，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與性能協(xié)同優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)0.096mg cm??低Ir負(fù)載下的高性能，較傳統(tǒng)MEA節(jié)省95%以上Ir，且在2.0A cm??下槽壓（1.758V）優(yōu)于高Ir負(fù)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(yīng)用提供了新思路。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院等的支持。
多級(jí)結(jié)構(gòu)膜電極制備與性能示意圖
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