结构调节的石墨化半孔碳,以提高质子交换膜燃料电池的阴极Pt基催化剂的可访问性和耐久性
Mingjuan Wu1,2, Zihan Meng2, Yifei Xiong1,2
1State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing Wuhan University of Technology Wuhan 430070 China.
Small science
|April 11, 2025
概括
这项研究引入了催化剂的新型石墨化半孔碳支,通过减少碳腐蚀和提高催化剂的可访问性,显著提高了质子交换膜燃料电池的效率和耐用性.
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
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 面临的挑战是,在阴极催化剂中金 (Pt) 的利用率低,碳腐蚀,阻碍了效率和耐用性.
- 开发具有成本效益和持久性的催化剂对于广泛采用PEMFC至关重要.
研究的目的:
- 为纳米颗粒 (NP) 合成结构调节的石墨化半孔碳 (GMC) 支.
- 为了提高PEMFCs的Pt催化剂的耐腐蚀性和催化性能.
- 研究石墨化和中等度对催化剂可访问性和耐用性的协同效应.
主要方法:
- 直接高温热解和在现场控制的中孔形成以产生GMC.
- 浸方法将小的 Pt NPs (1.5 nm) 装载到功能化的 GMC (GMC1300-1800) 上.
- 电化学表征,加速耐用性测试 (ADT),单细胞测试和密度函数理论 (DFT) 计算.
主要成果:
- 优化的GMC1300-1800表现出7.54纳米的半孔尺寸和增强的耐腐蚀性.
- Pt/GMC1300-1800实现了电化学活性表面积 (ECSA) 的 106.1 m2 g-1 Pt.
- 质量和特异性活动分别是商业Pt/C的2.1倍和1.4倍.
- 在30,000个循环的ADT后,对于Pt和碳衰减,ECSA衰变低于17%.
- DFT的计算证实了石墨化和中等度对催化剂性能和耐用性的协同效应.
结论:
- 优化的GMC1300-1800中孔结构将PtNP上的硫酸组覆盖率降至最低,从而改善O2/质子的可访问性.
- 开发的Pt/GMC1300-1800催化剂显示出对PEMFCs的优越活性,耐用性和功率密度.
- 这种方法为设计高效和经济高效的燃料电池先进阴极催化剂提供了一个有希望的策略.
