延伸表面薄膜金电催化剂具有可调节的纳米结构形态学
Deepra Bhattacharya1, Ke Wang2, Guang-Peng Wu3
1Department of Chemical Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802, United States.
JACS Au
|September 1, 2023
概括
为燃料电池和电解剂开发了无粘合剂的电催化剂,大大减少了组金属 (PGM) 的负载. 这些新型催化剂提供了更高的稳定性和性能,为具有成本效益的技术铺平了道路.
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
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 减少组金属 (PGM) 的负载对于具有成本效益的燃料电池和电解器至关重要.
- 传统的基于纳米粒子的电催化剂由于离子体结合剂的质量传输阻力而面临性能限制.
研究的目的:
- 开发无粘合剂,延伸表面薄膜电催化剂,具有可调节的纳米尺度形态.
- 研究纳米尺度形态和特征大小对电催化剂性能和稳定性的影响.
主要方法:
- 使用自组装块共聚合物 (BCP) 薄膜来模拟Al2O3纳米结构.
- 在玻璃碳基板上的BCP模板纳米结构上喷不同负载.
- 使用旋转盘电极设置测试氧降解反应 (ORR) 性能.
主要成果:
- 在超低PGM负荷 (5.8μgPt cm-2) 的情况下,实现了高质量活性 (380mA mgPt-1 在0.9V与RHE).
- 与商业催化剂相比,表现出优越的稳定性,在20,000个周期后,只有11-13%的质量活动损失.
- 确定了特征大小和电活性之间的反向相关性,以及对圆柱形而不是板状形态的偏好.
结论:
- BCP模板为稳定,可调节的无粘合剂电催化剂几何形状提供了可行的制造途径.
- 优化纳米尺度形态是克服大规模运输限制和提高PGM电催化剂性能的关键.
- 这些发现支持通过减少PGM使用和提高耐用性来扩大技术的规模.
