康奈尔大学研究人员发现燃料电池新型薄膜材料

      康奈尔大学研究人员合成了一种用于燃料电池的新型薄膜催化剂。结果发表于3月10日由AIP出版的APL Materials期刊上。研究团队报道了首次外延生长Bi2Pt2O7焦绿石薄膜，这种薄膜可作为更有效的阴极——燃料电池中的基本电极部分，正电荷从该部分流向外电路，传递电能。

      图示为外延晶体(长约100 nm)Bi2Pt2O7焦绿石的合成。空气中退火生长之后，进行脉冲激光沉积。版权：A. Gutiérrez-Llorente/康奈尔大学Cornell Univesity

      “迄今为止，应用于清洁能源的氧催化剂薄膜一直集中在钙钛矿结构氧化物及其衍生物。”研究团队领导Araceli Gutierrez-Llorente说，“在诸如燃料电池阴极的应用方面，立方焦绿石结构是钙钛矿结构的一个有吸引力的替代，但这方面的研究还很少。”

      焦绿石Bi2Pt2O7纳米晶粉末先前已经被成功的制备。相比于纳米晶粉末，外延薄膜在燃料电池催化剂方面表现得更有效率。但是直接生长Bi2Pt2O7薄膜需要氧化金属铂——这极具挑战性。

      该团队使用脉冲激光沉积技术共沉积外延的δ-Bi2O3和无序的金属铂。薄膜在空气中退火，使得铂被氧化，形成长度约100纳米的外延Bi2Pt2O7晶体。

      “Bi2Pt2O7被认为是燃料电池领域最有前途的氧化物催化剂，我们的研究提供了目前已知的外延生长Bi2Pt2O7的唯一一种方法。”Gutierrez-Llorente表示。固体氧化物燃料电池的阴极电化学减少氧气。Bi2Pt2O7的氧缺陷结构使其成为该过程的理想催化剂。

      合成薄膜材料，代替块体粉末，开启了燃料电池应用的新可能。“大量奇特的性质无法在块材中表现出来，但在薄膜的复杂氧化物的界面间能够产生。” Gutierrez-Llorente称。