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質(zhì)子交換膜燃料電池具有較短的啟動時間、較低的運行溫度和高能量密度，已經(jīng)成為全球燃料電池應(yīng)用和推廣的重大技術(shù)之一。在全球面對氣候巨變的環(huán)保背景下，燃料電池市場應(yīng)用需求持續(xù)擴大。燃料電池主要應(yīng)用在交通運輸中，該領(lǐng)域應(yīng)用占比達(dá)到81%。由于技術(shù)的不斷完善，成本的不斷降低，質(zhì)子交換膜燃料電池的應(yīng)用范圍將有望擴大，從電動汽車到家用電器等領(lǐng)域可能會推廣應(yīng)用。2019年中國質(zhì)子交換膜燃料電池行業(yè)市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了460億元。催化劑作為膜電極的重要組成部分，也是電堆成本最高的材料，開發(fā)催化劑及其抗腐蝕載體等新型基礎(chǔ)材料，是提高系統(tǒng)耐久性和壽命、進而促成氫燃料電池技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的有效路徑。2020年，所用的催化劑（純鉑計算）約為4.4噸（2021年全球燃料電池市場供需現(xiàn)狀現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院 (qianzhan.com)）。催化劑選用需要考慮工作條件下的耐高溫和抗腐蝕問題，常用的是擔(dān)載型催化劑 Pt/C（Pt納米顆粒分散到碳粉載體上），但是Pt/C隨著使用時間的延長存在 Pt 顆粒溶解、遷移、團聚現(xiàn)象，活性比表面積降低，難以滿足碳載體的負(fù)載強度要求。Pt 是貴金屬，從商業(yè)化的角度看不宜繼續(xù)作為常用催化劑成分，為了提高性能、減少用量，一般采取小粒徑的 Pt 納米化分散制備技術(shù)。然而，納米 Pt 顆粒表面自由能高，碳載體與 Pt 納米粒子之間是弱的物理相互作用；小粒徑 Pt 顆粒會擺脫載體的束縛，遷移到較大的顆粒上被兼并而消失，大顆粒得以生存并繼續(xù)增長；小粒徑 Pt 顆粒更易發(fā)生氧化反應(yīng)，以鉑離子的形式擴散到大粒徑鉑顆粒表面而沉積，進而導(dǎo)致團聚。本項目設(shè)計的高性能超低鉑催化劑Pt2-Fe/N/C，通過雜原子N把鉑二聚體錨定在催化劑上，抑制了鉑的遷移和團聚，也抑制鉑氧化后脫落的效應(yīng)；通過流動化學(xué)法制備出的催化劑，解決了催化劑放大生產(chǎn)的問題。 【展開】 【收起】