原子层沉积制备自支撑Pt纳米管阵列电催化剂应用于甲醇燃料电池

传统化石能源危机及环境污染问题日益严峻，开发清洁、可再生能源成为目前世界各国关注的重点。直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）直接利用甲醇为燃料，具有高能量密度、低温快速启动、洁净环保、低成本以及电池结构简单等特性，在便携式电子器件等领域具有重要应用。实现高性能甲醇燃料电池的关键之一是开发高效率、高稳定性的甲醇氧化电催化剂。目前贵金属Pt及其合金仍然是催化剂首选。然而由于Pt资源的稀缺性及高成本严重限制了其广泛应用。此外，甲醇氧化动力学缓慢和CO中毒问题同样影响了Pt的催化效率。针对上述问题，一种有效的方法是通过纳米结构设计来增加铂的活性面积以提高催化效率；另一方面是通过和其他元素形成合金来提高Pt的抗CO中毒性能。

近日，同济大学物理科学与工程学院程传伟课题组利用原子层沉积技术结合模版法在柔性碳布基底上成功制备了三维多孔Pt纳米管阵列应用于甲醇氧化，原子层沉积技术的优势在于可以原子尺度上精确控制Pt的尺寸和厚度，这种结构主要有以下几方面的优势：（1）三维中空纳米管结构具有大的比表面积可以提供更多的活性位点；（2）纳米管结构有利于电子的传输和电解液的渗入；（3）Pt纳米管和柔性碳布的紧密接触能够避免传统粉末催化剂团聚和脱落的问题，有利于增强催化剂的稳定性。

通过甲醇氧化性能测试和抗CO毒性测试发现，我们原子层沉积制备的较薄管壁Pt纳米管阵列呈现出优异的电催化活性（815 mA mg^-1）和较好的抗CO毒性性能，其活性是商用20%wt Pt/C催化剂（275 mA mg^-1）的近3倍。该研究为进一步开发纳米结构贵金属及其合金构建高性能甲醇燃料电池提供了指导思路。

这一成果近期发表在RSC杂志Journal of Materials Chemistry A上，文章的第一作者是同济大学博士研究生张海峰。

该论文作者为：Haifeng Zhang and Chuanwei Cheng*

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ALD of Pt nanotube arrays supported on a carbon fiber cloth as a high-performance electrocatalyst for methanol oxidation

J.  Mater.  Chem.  A, 2016, 4, 15961-15967, DOI: 10.1039/c6ta06457d

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