直接甲烷质子陶瓷燃料电池是有前景的电化学装置，可解决传统陶瓷燃料电池的技术和经济挑战。然而，质子陶瓷燃料电池催化剂Ni的CH₄转化反应动力学缓慢，且对碳结焦的耐受性较低，限制了其更广泛的应用。

近日，延世大学Jongsup Hong，成均馆大学Wonyoung Lee报道了一种具有高性能和稳定性的直接甲烷PCFC，采用自组装Ni-Rh双金属催化剂。

文章要点

1）精心制造的Ni扩散BaZr_0.4Ce_0.4Y_0.1Yb_0.1O_3-δ(BZCYYb)通过一步渗透用作Rh纳米颗粒的平台。随后在还原条件下溶解的镍颗粒促进了渗透的铑和扩散的镍之间的自组装。

2）采用自组装Ni-Rh双金属催化剂的PCFC在直接甲烷燃料条件下表现出650°C下的1.13 W·cm⁻²和500°C下的0.50 W·cm⁻²的显着高性能，超过了之前报道的其他直接甲烷PCFC和固体氧化物燃料电池(SOFC)。这归因于Ni-Rh双金属催化剂显着提高了CH₄转化率，实现了接近热力学平衡。

3）此外，该催化剂表现出出色的电化学稳定性，在500 ℃下，500小时内的降解率为0.02%·h⁻¹，比传统PCFC（0.4%·h⁻¹）低约20倍。原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）和基于同步加速器的原位X射线光电子能谱（XPS）测量表明，Ni-Rh双金属催化剂的高水离解特性诱导了自碳清洁催化剂表面。

该方法是一种自组装双金属催化剂，非常简单且具有成本效益，可广泛应用于需要重整其他各种气体（例如碳氢化合物燃料和氨）的其他电化学电池。

参考文献

Hong, K., Choi, M., Bae, Y. et al. Direct methane protonic ceramic fuel cells with self-assembled Ni-Rh bimetallic catalyst. Nat Commun 14, 7485 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41467-023-43388-8