复旦大学等《AMT》：多孔皱褶石墨碳作为耐腐蚀碳载体，用于耐用的燃料电池催化剂
1成果简介
质子交换膜燃料电池的寿命在很大程度上依赖于阴极催化剂碳载体的耐久性。然而，像 ketjenblack （KB） 和 Vulcan Carbon （VC） 这样的商业碳载体面临着平衡孔隙率、表面积和电化学稳定性的挑战。为了解决这个问题，本文，复旦大学杨东 教授、李同涛 青年研究员、董安钢 研究员、中国科学技术大学梁海伟教授、北京大学陈剑豪研究员等在《ADV MATER TECHNOL》期刊发表名为“A Porous Wrinkled Graphitic Carbon as Corrosion-Resistant Carbon Support for Durable Fuel-Cell Catalysts”的论文，研究使用无催化剂、等离子体增强的化学气相沉积方法设计和合成了三维多孔皱褶石墨碳（PWGC）。由此产生的PWGC具有具有高表面积，高度石墨化和出色耐腐蚀性的分层多孔结构。
因此，与以KB和VC为碳载体的催化剂相比，使用PWGC作为碳载体的Pt/PWGC催化剂表现出优异的高电位稳定性。此外，引入牺牲层策略以进一步减少PWGC腐蚀，从而使Pt@C/PWGC催化剂在膜电极组装测试中显示出明显的耐久性。在从1.0V到1.5V的5K电压循环后，电化学活性表面积的保留率接近56.8%，超过了相同条件下测试的商用Pt/C催化剂的23.6%的保留率。
2图文导读
图1、PWGC的合成示意图。
图2、PWGC的表征
图2、a–c）分别为Pt/PWGC、Pt/VC和Pt/KB的Pt NP的TEM图像和相应的尺寸分布（插图）。d–f）AST后各种催化剂的低倍TEM图像。g–i）分别为Pt/PWGC、Pt/VC和Pt/KB的高倍TEM图像和AST后Pt NP的相应尺寸分布（插图）。
图3、a–c）分别为Pt/PWGC、Pt/VC和Pt/KB在25°c AST前后的ORR极化曲线。d–f）分别为Pt/PWGC、Pt/VC和Pt/KB的25°C AST前后的CV曲线。g–i）ECSA和ECSA分别保留Pt/PWGC、Pt/VC和Pt/KB的25°C AST。
图4、a) Pt@C/PWGC的结构示意图。b）Pt@C/PWGC的TEM和HRTEM（插图）图像；c）在25℃下进行10K循环高电位AST后的图像；d）Pt@C/PWGC在25℃下进行高电位AST的ORR极化曲线和e）CV曲线。g) Pt@C/PWGC在25 °C的高电位AST后的TEM和HRTEM（插图）图像。
图5、a）Pt@C/PWGC和b）TKK-TEC10E30E在高电位AST中的MEA性能。c）MA和d）Pt@C/PWGC和TKK-TEC10E30E在高电位AST中的ECSA比较。e) Pt@C/PWGC和f) TKK-TEC10E30E在高电位AST期间的CV曲线。
3小结
综上所述，通过PECVD方法开发了具有独特皱纹结构的3D多孔石墨碳。所得PWGC具有多级孔隙率、高比表面积和高石墨化程度，有效解决了商业碳载体面临的高稳定性和高比表面积平衡挑战。因此，在相同条件下，使用PWGC作为碳载体制备的Pt/PWGC催化剂与使用KB和VC碳载体制备的催化剂相比表现出优异的耐久性。牺牲层策略的使用进一步减少了碳载体的腐蚀，使Pt@C/PWGC催化剂在RDE和MEA中的耐久性得到明显提高。鉴于合成的可扩展性和无催化剂性质，这种PWGC有可能作为商业上有前途的耐腐蚀支撑物，用于耐用的燃料电池催化剂。
文献：
https://doi.org/10.1002/admt.202300389
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来源：文章来自AMT 网站，由材料分析与应用整理编辑。
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