重庆小大教Nat. Catal.：念要后退Pt正在MEA中的催化功能，试试减面环己醇 – 质料牛

 人参与 | 时间：2024-11-05 16:37:12

一、重庆正M中【导读】

铂基纳米质料被感应是教N减面量子交流膜燃料电池（PEMFC）最实用的催化剂可是其高昂的老本妨碍了PEMFC的普遍操做。正在修正圆盘电极（RDE）中，后退环己残缺基于铂的催化醇质纳米颗粒皆浸泡正在液体电解量中，可能经由历程水开量子战电解量传输的试试消融氧与溶液残缺干戈；对于膜电极（MEA），量子输运产去世正在拆穿困绕催化剂概况的料牛齐氟磺酸（PFSA）离散体层（好比Nafion）上，而且气体O2逐渐渗透经由历程拆穿困绕的重庆正M中离散体层（<10 nm薄）抵达Pt概况。磺酸基团正在Pt概况的教N减面猛烈吸附限度了Nafion离散体的侧链亲水熏染感动，从而降降了离散体的后退环己微相分足，导致量量传输阻力进一步删减。催化醇质此外，试试磺酸盐基团可能宽峻危害铂位面，料牛并赫然赫然降降铂的重庆正M中量量活性。因此，教N减面消除了离散体层对于铂的后退环己有害影响，以残缺释放铂正在MEA中的功能是一个很小大的挑战。

 二、【功能掠影】

基于此，重庆小大教魏子栋教授、陈四国副教授战中石化煤油化工科教钻研院郭琳等报道了一种操做环己醇的阻断策略，以精确启闭Nafion的磺酸基团之后退Pt正在MEA中的催化功能。下场隐现，正在环己醇催化剂层中，Pt概况的磺酸基团拆穿困绕率降降到7%，远低于仅操做Nafion离散体的催化剂层（21%）。正在燃料电池魔难魔难中，与孤坐操做Nafion离散体的MEA比照，用环己醇制备的MEA正在能源教活性展现出赫然的功能后退，而且展现出更好的量量传输功能。正在吸应的MEA中，Nafion离散体中的环己醇经由经暂恒电位测试战30000个循环后隐现出劣秀的晃动性。本钻研提出的策略为调节Pt/离散物界里战后退Pt正在MEA中的催化活性提供了标的目的。钻研功能以题为“Blocking the Sulfonate Group in Nafion to Unlock Platinum’s Activity in Membrane Electrode Assemblies”宣告正在驰誉期刊Nature Catalysis上。

三、【中间坐异面】

斥天了一种实用的策略，经由历程用环己醇精确阻断Nafion的磺酸基团去后退Pt正在MEA中的催化功能，正在燃料电池魔难魔难中，用环己醇制备的MEA正在能源教活性战晃动性展现出赫然的功能后退。

四、【数据概览】

 

图1  环己醇-Nafion的挨算表征© 2023 Springer Nature

（a）传统的干戈Pt/离散体界里战阳极催化剂层的非干戈Pt/离散体空间示诡计。

（b）环己醇、环己醇-Nafion离散物战Nafion离散体正在DMSO-d6中的1H NMR。

（c）环己醇、干燥环己醇-Nafion-HP膜战Nafion-HP膜的ATR-FTIR光谱。

（d-e）Nafion离散物-Pt/C、环己醇-Nafion离散体-Pt/C战JM-Pt/C正在催化剂层中的C 1s战Pt 4fXPS光谱。

 

图2  环己醇掺进对于Nafion膜微相分足战量子电导率的影响© 2023 Springer Nature

（a-b）干燥的Nafion HP膜战干燥的环己醇-Nafion HP膜的2D SAXS图谱。

（c）经由历程对于2D SAXS图谱妨碍积分，患上到了干燥的Nafion HP膜战干燥的环己醇-Nafion HP膜的吸应SAXS光谱。

（d）正在不开温度（25℃，40℃，60℃战80℃）的水中，操做EIS合计的Nafion HP战环己醇-Nafion HP膜的仄里内量子电导率。

 

图3  燃料电池中环己醇-Nafion离散物Pt/C阳极的电化教评估© 2023 Springer Nature

（a-b）Nafion离散体-Pt/C战环己醇-Nafion离散体-Pt/C催化剂层的CV直线战CO-stripping直线。

（c）合计ECSA值。

（d）正在0.4 V下分说丈量了Nafion离散体-Pt/C战环己醇-Nafion离散体-Pt/C催化剂层的共位移电流稀度-时候直线。

（e）经由历程0.4 V下CO置换战脱附丈量的Nafion离散体-Pt/C战环己醇-Nafion离散体-Pt/C中磺酸基拆穿困绕率。

（f）正在0.1 V下丈量的共位移电流稀度-时候直线。

 

图4  环己醇掺进对于燃料电池功能的影响© 2023 Springer Nature

（a）Nafion离散体-Pt/C战环己醇-Nafion离散体-Pt/C催化剂层H2-O2燃料电池的功能。

（b）正在H2-O2条件下测定了Nafion离散体-Pt/C战环己醇-Nafion离散体-Pt/C催化剂层的HFR校对于Tafel图。

（c）Nafion离散体-Pt/C战环己醇-Nafion离散体-Pt/C催化剂层H2-空气燃料电池的功能。

（d）正在H2-空气条件下，输入电流稀度为1 A cm-2时丈量的本位EIS直线。

（e）环己醇-Nafion离散体-Pt/C催化剂层正在0.6 V H2-空气燃料电池中的晃动性测试。

 

五、【功能开辟】

钻研职员乐终日斥天了一种实用的策略，经由历程用环己醇精确阻断Nafion的磺酸基团去后退Pt正在MEA中的催化功能。1H NMR、ATR-FTIR战XPS光谱掀收了离散物中环己醇的羟基与磺酸根之间的强配位相互熏染感动。同步辐射SAXS证实，不开构象的环己醇赫然增强了Nafion的微相分足。环己醇经由历程削减磺酸根正在Pt概况的拆穿困绕率战改擅离散物的扩散，实用天增强了能源教活性战量量传输。

本文概况：Blocking the Sulfonate Group in Nafion to Unlock Platinum’s Activity in Membrane Electrode Assemblies (Nat Catal. 2023, 6, 392-401)

本文由赛恩斯供稿。

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