Pt/C催化剂颗粒纳米孔中的水凝结及其对催化剂利用的影响:基于纳米成像重建结构的模拟
Clint John Cortes Otic1, Shota Katayama2, Masazumi Arao2
1The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656, Japan.
ACS applied materials & interfaces
|April 12, 2024
概括
燃料电池催化剂中的水凝结是性能的关键. 这项研究使用模拟来展示受湿度影响的水分发如何影响催化剂利用.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 计算化学计算化学
背景情况:
- 在聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC) 中,内部 (Pt) 催化剂的有效利用取决于纳米级毛孔内的水凝结.
- 在催化剂颗粒中的纳米水凝结的实验可视化仍然具有挑战性.
研究的目的:
- 在纳米尺度上模拟和理解Pt/C催化剂颗粒中的水凝结现象.
- 为了将模拟的水分布与实验性利用数据相关联.
主要方法:
- 从纳米成像数据重建一个Pt/C催化剂粒子,以创建一个计算领域.
- 格子密度函数理论 (LDFT) 模拟水凝结的情况.
- 与实验性吸水数据和CO剥离实验的整合.
主要成果:
- LDFT成功模拟了高分辨率的水凝结,包括薄膜和毛细血管凝结.
- 在水网内模拟的质子运动重现了实验性Pt利用数据.
- 在相对湿度 (RH) 低的情况下,Pt利用由薄膜水和表面可湿性控制;在高RH的情况下,它是由毛细血管凝结在更大的毛孔中决定的.
结论:
- 该研究提供了基于水分配的PEMFC中Pt利用的机制理解.
- 湿度和孔径大小在不同的RH条件下显著影响水凝结和催化剂可访问性.
- 这种计算方法为分析催化剂行为和指导未来催化剂设计提供了有价值的工具.
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