中国科学技术大学曾杰课题组与合作者，在质子交换膜燃料电池阴极催化剂研制方面取得重要进展。研究人员基于集团效应，设计出一种铑原子掺杂的铂超细纳米线催化剂。这种催化剂在燃料电池阴极氧还原反应中表现出高活性和高稳定性，从而能大幅节省贵金属铂的用量，推动了该清洁能源转换技术的商业化应用进程。相关成果日前发表于《美国化学会志》。
此前已报道的铂基催化剂虽然拥有卓越的质量活性，但稳定性往往并不可观。这主要是因为高的质量活性所依赖的催化剂纳米结构的热力学稳定性通常存在问题，因此很难同时兼具高质量活性和优良的稳定性。
针对这一难题，研究人员借助原子级别精细合成技术，一方面通过提高铂基催化剂中铂原子的分散度实现高的质量活性，另一方面通过调节铂基催化剂的维度以及引入铑原子增强铂基催化剂的稳定性，设计并合成出一种铑原子掺杂的铂超细纳米线催化剂。其直径仅有1.3纳米，铂原子的利用率却高达48.6%。
研究表明，这种新型催化剂的质量活性和比活性分别达到了商用铂碳催化剂的7.8倍和5.4倍。
同时，该催化剂在氧气气氛下循环使用1万次后，只损失了9.2%的质量活性。而目前商用的铂碳催化剂在氧气气氛下循环使用1万次后，质量活性性能损失达到72.3%。