以美国阿贡国家实验室（ANL）为首的国际研究小组采用新方法从原子和分子层面上研究燃料电池阴极催化剂的铂溶解过程，并报告了有利于实现燃料电池汽车市场扩大的相关对策。

在聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）中，利用阳极的氢氧化反应（HOR）和阴极的氧还原反应（ORR）进行发电并向电动机提供电力，排出副产物水。

在燃料电池中，高成本的铂粒子是最有效的促进反应的材料，包括正极的氧还原反应（ORR），另外，铂粒子还会逐渐降解，特别是在正极，这种降解会限制催化性能，并缩短燃料电池的寿命。

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本次，该研究小组通过使用表面专用工具、电化学方法、电感耦合等离子体质量分析、计算机建模、原子力显微镜、扫描隧道显微镜、高分辨率透射电子显微镜等新方法，从基本构造层面研究铂在单晶表面、薄膜和纳米颗粒中的溶解。

其结果是，确定了阴极ORR中的铂溶解机制，并提出利用金的纳米催化剂设计。通过高精度合成方法，创建具有精确物理和化学特性的结构，在2D表面研究中发现的结构和稳定性的关系也适用于3D纳米颗粒。

对比使用金和未使用金的情况下的铂纳米颗粒的稳定性，发现金在纳米颗粒核上的配置可以促进铂在最佳表面结构中的排列，从而保证高稳定性。另外，为了保护容易溶解的部位，金被选择性地沉积在表面。通过在有效引起ORR的部位维持铂原子的附着，即使是本研究中使用的最微小的纳米颗粒，也可以避免铂的溶解现象。

此外，通过开发预测性老化算法，评价铂纳米颗粒的长期耐久性，并发现与不使用金的纳米颗粒相比，铂基纳米颗粒的耐久性提高了30倍。

该研究小组由约翰斯・霍普金斯大学、贝尔格莱德大学（塞尔维亚）、威斯康星大学麦迪逊分校、同志社大学、德雷塞尔大学以及橡树岭国家实验室构成。

本研究获得美国能源部（DOE）的科学部、基础能源科学局的材料科学·工程部门以及美国能效和可再生能源部（EERE）的氢燃料电池技术办公室的支持。

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