质子交换膜燃料电池具有较短的启动时间、较低的运行温度和高能量密度，已经成为全球燃料电池应用和推广的重大技术之一。在全球面对气候巨变的环保背景下，燃料电池市场应用需求持续扩大。燃料电池主要应用在交通运输中，该领域应用占比达到81%。由于技术的不断完善，成本的不断降低，质子交换膜燃料电池的应用范围将有望扩大，从电动汽车到家用电器等领域可能会推广应用。2019年中国质子交换膜燃料电池行业市场规模已经达到了460亿元。催化剂作为膜电极的重要组成部分，也是电堆成本最高的材料，开发催化剂及其抗腐蚀载体等新型基础材料，是提高系统耐久性和寿命、进而促成氢燃料电池技术大规模商业化应用的有效路径。2020年，所用的催化剂（纯铂计算）约为4.4吨（2021年全球燃料电池市场供需现状现状及发展趋势分析，前瞻产业研究院 (qianzhan.com)）。催化剂选用需要考虑工作条件下的耐高温和抗腐蚀问题，常用的是担载型催化剂 Pt/C（Pt纳米颗粒分散到碳粉载体上），但是Pt/C随着使用时间的延长存在 Pt 颗粒溶解、迁移、团聚现象，活性比表面积降低，难以满足碳载体的负载强度要求。Pt 是贵金属，从商业化的角度看不宜继续作为常用催化剂成分，为了提高性能、减少用量，一般采取小粒径的 Pt 纳米化分散制备技术。然而，纳米 Pt 颗粒表面自由能高，碳载体与 Pt 纳米粒子之间是弱的物理相互作用；小粒径 Pt 颗粒会摆脱载体的束缚，迁移到较大的颗粒上被兼并而消失，大颗粒得以生存并继续增长；小粒径 Pt 颗粒更易发生氧化反应，以铂离子的形式扩散到大粒径铂颗粒表面而沉积，进而导致团聚。本项目设计的高性能超低铂催化剂Pt2-Fe/N/C，通过杂原子N把铂二聚体锚定在催化剂上，抑制了铂的迁移和团聚，也抑制铂氧化后脱落的效应；通过流动化学法制备出的催化剂，解决了催化剂放大生产的问题。 【展开】 【收起】