【儀表網(wǎng) 儀表上游】近日，中科院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室、潔凈能源國家實驗室（籌）李燦院士研究團(tuán)隊在太陽能光-電轉(zhuǎn)化和燃料電池化學(xué)能-電能轉(zhuǎn)化交叉領(lǐng)域取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)光催化可以顯著促進(jìn)氧還原反應(yīng)（ORR）的催化活性，并基于此提出了聚合物太陽能電池和H2-O2燃料電池耦合的疊層電池概念，相關(guān)研究成果以通訊形式發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上。
　　

　　H2-O2燃料電池能將氫氣直接轉(zhuǎn)化為可廣泛應(yīng)用的電能，同時產(chǎn)生對人類生存環(huán)境友好的水分子，是先進(jìn)可持續(xù)清潔能源體系發(fā)展的重要方向之一。其中，陰極的ORR是H2-O2燃料電池的控速反應(yīng)（尤其對質(zhì)子膜燃料電池PEMFC），直接關(guān)系到整個電池的開路電位和輸出功率。貴金屬鉑是ORR好的催化劑，但是較高的成本嚴(yán)重制約了燃料電池技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化進(jìn)程。為了解決這個問題，世界范圍內(nèi)大量的研究者致力于開發(fā)替代Pt或降低Pt用量的催化劑，如Pt合金、Pt核殼結(jié)構(gòu)催化劑、C基催化劑等；但是，截至目前，催化ORR的過電位仍然需要至少0.2V左右。因此，發(fā)展降低O2活化過電位和提高ORR反應(yīng)活性的新催化策略和新思路十分重要。
　　
　　在本工作中，研究人員將光催化引入ORR，發(fā)現(xiàn)采用聚合物半導(dǎo)體光催化劑、光照可顯著促進(jìn)ORR的電催化活性，起始電位由0.66V正移到1.34V（遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過商業(yè)鉑催化劑的1.0V），且電流在0.6V時增大了44倍。由此構(gòu)建的光驅(qū)動概念型H2-O2燃料電池中，光照使燃料電池的開路電壓從0.64V增大到1.18V，短路電流增大1倍。光催化使半反應(yīng)ORR和全電池反應(yīng)的電位分別增大0.68V和0.54V，且該電壓值與目前研究的大多數(shù)聚合物太陽能電池的電壓（0.6-0.8V）相接近。光驅(qū)動概念型H2-O2燃料電池可被認(rèn)為是聚合物太陽能電池和H2-O2燃料電池疊層耦合的結(jié)果。光促進(jìn)分子氧還原的機(jī)理可能是光激發(fā)聚合物的電子從價帶到導(dǎo)帶，導(dǎo)帶上激發(fā)態(tài)的電子具有足夠的電勢轉(zhuǎn)移填充到氧分子的反鍵軌道（2p*，2s*），從而使氧還原反應(yīng)更加容易。該研究結(jié)果為解決燃料電池ORR反應(yīng)動力學(xué)問題開拓了新的思路，顯示出潛在的應(yīng)用價值。
　　
　　該工作得到了科技部973項目、國家自然科學(xué)基金，以及教育部2011協(xié)同創(chuàng)新中心（iChEM）太陽能研究項目的支持。
　　
　　（原標(biāo)題：我所光催化輔助燃料電池ORR研究取得新進(jìn)展）