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近，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院鄧濤團(tuán)隊(duì)的鄔劍波研究小組在燃料電池納米電催化劑的原位液相腐蝕研究上取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用透射電子顯微鏡實(shí)時(shí)研究燃料電池催化劑腐蝕動(dòng)態(tài)過(guò)程，揭示了催化劑在電催化反應(yīng)應(yīng)用中的性能失活機(jī)理，對(duì)設(shè)計(jì)高穩(wěn)定性的催化劑有著重要的指導(dǎo)意義。

隨著近年來(lái)燃料電池的急速發(fā)展，急迫需要尋求一種高活性和高穩(wěn)定性的燃料電池催化劑。但是高活性催化劑多數(shù)是利用活潑金屬與鉑合金化，形成金屬二元或者多元的固溶體或者核殼結(jié)構(gòu)，伴隨著電催化反應(yīng)的進(jìn)行會(huì)出現(xiàn)活潑金屬組分大量持續(xù)的腐蝕析出現(xiàn)象，從而破壞了優(yōu)合金組分，大大降低了金屬催化劑的反應(yīng)活性，嚴(yán)重影響催化劑穩(wěn)定性，這使得研究燃料電池腐蝕演化過(guò)程和機(jī)理非常必要。

圖1Pd@Pt納米立方體顆粒在TEM液相環(huán)境下的三種原位腐蝕

(a)無(wú)缺陷 (b)有角缺陷 (c)有面缺陷

圖2 三種Pd@Pt納米立方體顆粒的腐蝕速率比較

研究團(tuán)隊(duì)利用原位透射電子顯微鏡技術(shù)，在液相中實(shí)時(shí)觀察三種不同結(jié)構(gòu)(無(wú)缺陷的、角缺陷、面缺陷)的Pd@Pt立方體電催化劑的腐蝕過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)電偶腐蝕和鹵素腐蝕兩種腐蝕模式共同導(dǎo)致了顆粒內(nèi)部Pd核的腐蝕溶解并終形成Pt立方體外殼。進(jìn)一步的研究表明，電偶腐蝕優(yōu)先發(fā)生在配位數(shù)較低表面能較高的角處區(qū)域，呈現(xiàn)由角向中心方向的緩慢腐蝕;鹵素腐蝕是由周圍液相環(huán)境中的Br-離子導(dǎo)致的沿著缺陷方向的快速腐蝕，且其與電偶腐蝕之間存在著競(jìng)爭(zhēng)與制約的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)表面缺陷的抑制控制是提高這類原子層核殼電催化劑由于腐蝕導(dǎo)致的穩(wěn)定性的關(guān)鍵，該研究對(duì)設(shè)計(jì)高穩(wěn)定性的燃料電池催化劑有著重要的指導(dǎo)意義，開(kāi)辟了利用原位表征技術(shù)研究催化劑穩(wěn)定性的新手段。

原標(biāo)題:交大團(tuán)隊(duì)成果有助設(shè)計(jì)高穩(wěn)定性燃料電池納米電催化劑