近日，中國科學技術大學曾杰教授課題組與美國阿克倫大學彭振猛教授、上海應用物理研究所司銳教授合作，在質子交換膜燃料電池陰極催化劑研制方面取得重要進展。研究人員基于集團效應設計出一種銠原子摻雜的鉑超細納米線催化劑，這種催化劑在燃料電池陰極氧還原反應中表現出高活性和高穩定性，能夠大幅節省貴金屬鉑的用量，推動清潔能源轉換技術的商業化應用進程。研究成果日前發表在《美國化學會志》雜志上。

質子交換膜燃料電池(PEMFCs)如氫燃料電池，被認為是在汽車動力電池以及和移動供電電源領域具有廣闊前景的清潔能源轉換技術。然而，其陰極氧還原反應需要大量貴金屬鉑作為催化劑，增加了相關部件的制造成本，從而限制了該技術的商業化。

提高鉑催化劑在氧還原反應中的質量活性，可有效減少鉑的用量，從而實現成本的降低。提升催化劑中鉑利用率的策略層出不窮，許多已報道的鉑基催化劑擁有卓越的質量活性，但是其中絕大部分催化劑的穩定性并不理想。

面對這一挑戰，研究人員在通過調節鉑基催化劑的維度來改變對稱性和與碳負載的接觸面積的同時，引入銠原子增強其穩定性。銠原子摻雜鉑超細納米線的直徑僅有1.3納米，其鉑原子利用率高達48.6%。碳負載的銠原子摻雜鉑基超細納米線的質量活性和比活性分別達到了商用鉑碳催化劑的7.8倍和5.4倍，同時該催化劑在氧氣氣氛下循環使用10000次后，只有9.2%的質量活性性能損失，而與之相對的商用鉑碳催化劑在氧氣氣氛下循環使用10000次后，質量活性性能損失達到72.3%。