碳介孔深度工程提升了低铂燃料电池的性能

《Nature Communications》：Carbon mesopore depth engineering boosts the performance of low-platinum fuel cells

　　

摘要

离子聚合物吸附引起的铂（Pt）中毒以及局部高氧传输阻力是阻碍质子交换膜燃料电池实现低铂载量的两个关键挑战。然而，同时缓解这两个问题的策略仍然有限，这使得在动力学控制下的低电流密度区域和质量传输控制下的高电流密度区域都难以获得令人满意的性能。在这里，我们展示了一种通过介孔碳载体设计可以克服这一限制的方法，其关键在于构建以介孔为主的结构，并合理控制孔径深度至中等水平。这种设计为介孔内的铂纳米颗粒创造了理想的局部反应环境：既能有效保护大部分铂免受离子聚合物的毒害，又能实现高效的氧扩散。利用这种开发的碳载体，我们合成了一种金属间化合物PtCo纳米催化剂，在低铂载量（0.1 mg_Pt cm^?2）下，该催化剂在热阻限制条件下能够实现1.23?W?cm^?2的H₂-air额定功率密度，以及1.1?A mg_Pt^?1的H₂-O₂质量活性。