在金和碳接口的纳芬结构现象
David L Wood1, Jerzy Chlistunoff, Jaroslaw Majewski
1Sensors and Electrochemical Devices Group, Materials Physics and Applications Division, MPA-11, MS D429, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, USA. wooddl@ornl.gov
Journal of the American Chemical Society
|November 21, 2009
概括
中子反射计揭示了像Nafion这样的聚合物电解质燃料电池 (PEFC) 材料根据接触面改变结构. 表面相互作用和老化永久地改变了Nafion.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 表面科学是一门学科.
背景情况:
- 聚合物电解质燃料电池 (PEFCs) 依赖于三相接口以实现高效运行.
- 了解这种接口上的物质相互作用对于PEFC性能和寿命至关重要.
- 纳是聚合物中关键的电解质,它表现出复杂的行为,受其环境和接触面的影响.
研究的目的:
- 通过中子反射计,研究Nafion在不同电极材料上的界面行为.
- 在PEFC中实验性建模电极接口.
- 阐明表面化学和老化如何影响Nafion的结构和特性.
主要方法:
- 用中子反射计分析玻璃碳 (GC) 和 (Pt) 表面上的Nafion层.
- 为了模仿PEFC电极接口,Nafion的理想化的多层结构被创建.
- 实验包括平衡Nafion薄膜与和D(2) O蒸汽,以观察结构变化.
主要成果:
- 纳菲安形成了不同的疏水性和疏水性域,其结构根据与Pt或PtO表面的接触而有所不同.
- 在Pt (PtO) 上的一层氧化物诱导了Nafion的水友重组,改变了域厚度.
- 与GC的直接接触导致了三层Nafion结构.
- 陈旧的Nafion薄膜显示出不可逆转的胀,由增加的厚度和减少的散射长度密度 (SLD) 表示.
- 老化还降低了GC基质的SLD,表明表面氧化或质量损失.
结论:
- 纳菲昂的界面和远程结构性质受到底层基板材料的显著影响.
- 表面氧化物可以在Nafion的聚合物链组织中引发实质性变化.
- 在老化的Nafion薄膜中发生不可逆转的胀和结构变化,影响其性能特征.
