プラチナと炭素の界面におけるナフィオン構造現象

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 電気化学 電気化学について
• 表面科学とは,地表科学である.

背景:

• ポリマー電解質燃料電池 (PEFC) は,効率的な動作のために三相インターフェイスに依存しています.
• このインターフェイスにおける物質の相互作用を理解することは,PEFCの性能と長寿に不可欠です.
• 重要なポリマー電解質であるナフィオンは,環境と接触表面の影響を受け,複雑な行動を示す.

研究 の 目的:

• ニュートロン反射計を用いて,異なる電極材料上のNafionの界面的振る舞いを調査する.
• PEFC.内の電極インターフェースを実験的にモデリングする.
• 表面化学と老化がナフィオンの構造と性質にどのように影響するか解明する.

主な方法:

• 中性子反射計は,ガラスのような炭素 (GC) とプラチナ (Pt) の表面のナフィオン層を分析するために使用されました.
• Nafionの理想化された多層構造は,PEFC電極インターフェースを模倣するために作成されました.
• 実験では,構造の変化を観察するために,ナフィオンフィルムを飽和したD(2) O蒸気で均衡させました.

主要な成果:

• ナフィオンは,PtまたはPtO表面との接触によって構造が異なる,異なる水嫌性および水好性ドメインを形成しました.
• Pt (PtO) 上の酸化物層は,Nafionの水性再構成を誘導し,ドメインの厚さを変化させた.
• GCとの直接的な接触は,3層のNafion構造をもたらしました.
• 耐久したナフィオンフィルムは,厚さ増加と分散長密度 (SLD) の減少によって示される,不可逆的な腫れを示しました.
• 加齢はまた,GC基板のSLDを低下させ,表面酸化または質量損失を示唆しました.

結論:

• ナフィオンのインターフェイスおよび長距離構造特性は,基礎となる基板材料によって大きく影響されます.
• 表面酸化物は,ナフィオンのポリマー鎖の組織に実質的な変化を誘導することができます.
• 耐久したナフィオンフィルムには,不可逆的な腫れや構造変化が起こり,その性能に影響を及ぼします.