研究进展：调节碳表面的化学性质实现高性能燃料电池

来源：今日新材料

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）已经广泛应用于汽车、无人机、潜艇等移动设备，从而引起了人们的极大兴趣。通常以铂（Pt）为代表的价格昂贵的铂系金属（PGMs）被用作商用PEMFCs中的催化剂，亿促进缓慢的阴极氧气还原反应(ORR)。尽管研究人员在开发催化剂方面取得了巨大进展，但在实际的PEMFCs中减少PGM载量又能取得的成功案例屈指可数。

近日，美国加州大学洛杉矶分校黄昱教授等人提出PEFMCs中三相界面设计，表明可以通过调节碳表面化学性质而调控其与离聚物的相互作用，并为快速输送反应物和产物创造有利的运输途径，从而促进PEMFCs中的ORR活性。具体来说，作者使用了一系列不同表面氧含量（分别为2.4%、3.8%和12.0%）的碳材料作为催化剂载体，制备用于膜电极组装（MEA）的阴极催化剂。研究表明，负载含量2.4%表面氧的碳上的催化剂在所有PGM基（以PGM为唯一活性中心）MEA中表现出迄今为止最优异的质量活性（MA）。首次使PEMFC能够显示出所有关键的性能指标，包括ORR的MA、额定功率和催化剂耐久性，从而超过了美国DOE设定的2020年目标。此外，通过分子动力学（MD）模拟表明，碳表面的最佳表面氧比促进了良好的碳-离聚体相互作用和一个由疏水和亲水路径组成的微环境。这同时允许氧分子和质子的有效穿梭，并及时从催化中心去除水，从而为高效ORR提供一个理想的微环境。

文献链接：
Tailoring a Three-Phase Microenvironment for High-Performance Oxygen Reduction Reaction in Proton Exchange Membrane Fuel Cells，Matter，2020
https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.09.025

原文链接：
http://www.cailiaoniu.com/211784.html#!