光催化辅助燃料电池研究获进展

近日，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、洁净能源国家实验室（筹）李灿团队在太阳能光—电转化和燃料电池化学能—电能转化交叉领域取得新进展，发现光催化可以显著促进氧还原反应（ORR）的催化活性，并基于此提出了聚合物太阳能电池和H2-O2燃料电池耦合的叠层电池概念，相关研究在《德国应用化学》上发表。

H2-O2燃料电池能将氢气直接高效转化为可广泛应用的电能，同时产生对人类生存环境友好的水分子，是先进可持续清洁能源体系发展的重要方向之一。其中，阴极的ORR是H2-O2燃料电池的控速反应，直接关系到整个电池的开路电位和输出功率。贵金属铂是ORR最好的催化剂，但是较高的成本严重制约了燃料电池技术的发展和商业化进程。

研究人员将光催化引入ORR，发现采用聚合物半导体光催化剂、光照可显著促进ORR的电催化活性，起始电位远低于商业铂催化剂。由此构建的光驱动概念型H2-O2燃料电池中，光照使燃料电池的开路电压大增，短路电流增加1倍。光驱动概念型H2-O2燃料电池可被认为是聚合物太阳能电池和H2-O2燃料电池叠层耦合的结果。光促进分子氧还原的机理可能是光激发聚合物的电子从价带到导带，导带上激发态的电子具有足够的电势转移填充到氧分子的反键轨道，从而使氧还原反应更加容易。该研究结果为解决燃料电池ORR反应动力学问题开拓了新的思路，显示出潜在的应用价值。