直接甲烷質(zhì)子陶瓷燃料電池是有前景的電化學(xué)裝置，可解決傳統(tǒng)陶瓷燃料電池的技術(shù)和經(jīng)濟挑戰(zhàn)。然而，質(zhì)子陶瓷燃料電池催化劑Ni的CH4轉(zhuǎn)化反應(yīng)動力學(xué)緩慢，且對碳結(jié)焦的耐受性較低，限制了其更廣泛的應(yīng)用。
近日，延世大學(xué)Jongsup Hong，成均館大學(xué)Wonyoung Lee報道了一種具有高性能和穩(wěn)定性的直接甲烷PCFC，采用自組裝Ni-Rh雙金屬催化劑。
文章要點
1）精心制造的Ni擴散BaZr0.4Ce0.4Y0.1Yb0.1O3-δ(BZCYYb)通過一步滲透用作Rh納米顆粒的平臺。隨后在還原條件下溶解的鎳顆粒促進了滲透的銠和擴散的鎳之間的自組裝。
2）采用自組裝Ni-Rh雙金屬催化劑的PCFC在直接甲烷燃料條件下表現(xiàn)出650°C下的1.13 W·cm?2和500°C下的0.50 W·cm?2的顯著高性能，超過了之前報道的其他直接甲烷PCFC和固體氧化物燃料電池(SOFC)。這歸因于Ni-Rh雙金屬催化劑顯著提高了CH4轉(zhuǎn)化率，實現(xiàn)了接近熱力學(xué)平衡。
3）此外，該催化劑表現(xiàn)出出色的電化學(xué)穩(wěn)定性，在500 ℃下，500小時內(nèi)的降解率為0.02%·h?1，比傳統(tǒng)PCFC（0.4%·h?1）低約20倍。原位漫反射紅外傅里葉變換光譜（DRIFTS）和基于同步加速器的原位X射線光電子能譜（XPS）測量表明，Ni-Rh雙金屬催化劑的高水離解特性誘導(dǎo)了自碳清潔催化劑表面。
該方法是一種自組裝雙金屬催化劑，非常簡單且具有成本效益，可廣泛應(yīng)用于需要重整其他各種氣體（例如碳?xì)浠衔锶剂虾桶保┑钠渌娀瘜W(xué)電池。
參考文獻
Hong, K., Choi, M., Bae, Y. et al. Direct methane protonic ceramic fuel cells with self-assembled Ni-Rh bimetallic catalyst. Nat Commun 14, 7485 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43388-8
