По сравнению с другими типами батарей топливные элементы с протонообменной мембраной обладают преимуществами, заключающимися в высокой мощности разряда и отсутствии загрязнения, что также является важным носителем для преобразования и использования энергии водорода. Интерметаллические соединения платины играют важную роль в качестве электрокатализаторов в ряде энергетических и экологических технологий, таких как топливные элементы с протонообменной мембраной.

Однако процесс синтеза интерметаллидов платины необходимо реорганизовать в упорядоченные металлические связи Pt–M, обусловленные высокой температурой (~ 600 ° C), что обычно имеет серьезные побочные эффекты на структуру катализатора, такие как неравномерное распределение размера, морфологии, состава и структуры, что в дальнейшем влияет на работу катализатора и аккумуляторов.

В ответ на этот вызов группа профессора Чанчжэн Ву из Университета науки и технологий Китая ввела атомы полуметаллов, таких как Ge, Sb, Te, в процесс синтеза интерметаллических соединений на основе платины. Исследование опубликовано в журнале Национальный научный обзор.

Химические связи, образующиеся между полуметаллическими элементами и атомами платины (Pt–Ge, Pt–Sb, Pt–Te), обладают как характеристиками металлических, так и ковалентных связей, что позволяет снять ограничение на температуру синтеза интерметаллидов платины. Это также полезно для электрокаталитической реакции топливных элементов с протонообменной мембраной.

За счет частичного заполнения p-орбиталей в элементах металлизации между атомами платины и полуметалла образуется dp π-связь обратной связи в виде сильного ковалентного взаимодействия. Эту силу можно использовать в качестве движущей силы для содействия упорядочению процесса высокотемпературного синтеза интерметаллидов, тем самым преодолевая температурный предел синтеза интерметаллидов платины.

Кроме того, характеристики как металлических, так и ковалентных связей могут дополнительно способствовать переносу электронов и заполнению орбиталей активных центров платины в топливных элементах, чтобы добиться улучшения каталитической активности и антитоксической способности.

Интерметаллиды полуметалл-платина могут быть синтезированы только при 300°C, и они проявляют чрезвычайно высокую активность восстановления кислорода в условиях токсичности CO в электрохимических испытаниях топливных элементов (массовая активность 0,794 А мг).⁻¹ при напряжении 0,9 В, затухание 5,1% при токсичности CO), что в 11 раз больше, чем у коммерческих катализаторов Pt/C.

В этом исследовании реализована оптимизация связей и орбиталей при синтезе катализаторов топливных элементов и рабочих условиях путем введения полуметаллов, а также даны новые идеи для рационального проектирования усовершенствованных электрокатализаторов для топливных элементов.