超声喷雾法制备钯铬纳米催化剂在质子交换膜燃料电池中的高效氧还原性能研究

本文推荐：研究者采用超声喷雾(US)法成功合成了铬(Cr)和钯铬(Pd-Cr)纳米催化剂，通过XRD、SEM、EDX等表征证实其结构特性，其中US-CrPd/C晶粒尺寸仅0.79 nm。电化学测试显示，70°C时US-CrPd/C在PEMFC中功率密度达164 mW/cm2，显著优于传统方法（73 mW/cm2），为开发高效、低成本的质子交换膜(PEM)燃料电池阴极催化剂提供了新策略。

　　

亮点

超声喷雾法首次应用于钯铬(Pd-Cr)纳米催化剂的合成，通过液-气相界面反应成功制备出高分散合金催化剂，为质子交换膜(PEM)燃料电池阴极催化提供了创新方案。

材料与方法

化学品

实验采用硼氢化钠(NaBH₄，99%)作为还原剂，硝酸铬(Cr(NO₃)₃·9H₂O)和氯化钯(PdCl₂)为金属前驱体，所有试剂均为分析纯。

超声喷雾法合成Pd-Cr纳米催化剂

将钯盐和铬盐溶液经超声雾化器转化为气溶胶，在氮气载流下导入NaBH₄还原液，通过独特的液-气相界面反应实现原子级合金化。所得US-CrPd/C催化剂负载于Vulcan XC-72R碳载体，展现出超细晶粒结构（XRD显示仅0.79 nm）。

电化学测试

循环伏安(CV)分析表明，US-CrPd/C的电化学活性面积(ECSA)达11.3 m²/g_Pd，优于USCr-Pd/C（9.1 m²/g_Pd）。在70°C燃料电池测试中，其峰值功率密度达164 mW/cm²，较传统PdCr/C（73 mW/cm²）提升125%，印证了超声喷雾法对催化活性的显著增强作用。

结论

该研究突破性地证明超声喷雾法可制备超细晶粒Pd-Cr催化剂，其卓越的氧还原(ORR)活性和功率输出性能，为开发非铂族PEMFC催化剂提供了高效节能的合成路径。