質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）是一種很有前途的重型車(chē)輛零排放動(dòng)力源，但目前為傳統(tǒng)輕型汽車(chē)開(kāi)發(fā)的碳支撐、催化劑、膜和離聚體不滿足嚴(yán)格的要求，長(zhǎng)期耐用性高達(dá)25000 h是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

基于此，紐約州立大學(xué)布法羅分校武剛教授和匹茲堡大學(xué)王國(guó)峰教授等人報(bào)道了一種由高含量（40 wt%）的鉑納米顆粒組成的PGM催化劑，該催化劑在富碳原子金屬位點(diǎn)（如MnN₄）上。

使用Pt（40 wt%）/Mn-N-C陰極催化劑的MEAs性能和耐用性顯著增強(qiáng)，在HDV下（0.25 mg_Pt cm^-2和250 kPa_abs壓力），在0.7 V電壓下產(chǎn)生1.41 A cm^-2，在延長(zhǎng)和加速應(yīng)力測(cè)試高達(dá)150000次電壓循環(huán)后保持1.20 A cm^-2。

通過(guò)DFT計(jì)算，作者研究了Mn-N-C載體在長(zhǎng)期AST過(guò)程中對(duì)Pt納米粒子的穩(wěn)定作用。作者構(gòu)建了三個(gè)模型，包括一個(gè)孤立的Pt原子和一個(gè)帶有MnN₄部分（Pt/MnN₄）的石墨烯層、一個(gè)不含金屬的N₄位點(diǎn)（Pt/N₄）和一個(gè)不含摻雜劑（Pt/C）的N₄。被吸附的Pt原子擴(kuò)散到石墨烯層上，并沉積在大Pt納米顆粒的表面。

作者預(yù)測(cè)Pt原子在MnN₄、N₄C和石墨烯上擴(kuò)散過(guò)程的活化能分別為0.83、0.26和0.16 eV，結(jié)果表明MnN₄片段可以捕獲擴(kuò)散的Pt原子，從而阻止它們擴(kuò)散和沉積在大的Pt納米顆粒上。

作者預(yù)測(cè)在石墨烯層中加入MnN₄基團(tuán)可以通過(guò)延緩Pt的擴(kuò)散來(lái)提高Pt納米顆粒的耐久性，解釋了Pt納米顆粒在Pt(40 wt%)/Mn-N-C在Pt(40 wt%)/HSC MEA中，Pt納米顆粒生長(zhǎng)嚴(yán)重，而Pt(40 wt%)/Mn-N-C催化劑的團(tuán)聚較少，保留了顯著的小Pt納米顆粒小于3 nm。

Pt Nanoparticles on Atomic-Metal-Rich Carbon for Heavy-Duty Fuel Cell Catalysts: Durability Enhancement and Degradation Behavior in Membrane Electrode Assemblies. ACS Catal., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.3c03270.

添加下方微信好友，立即咨詢：

電話/微信：13622327160