可再生能源中心毕文团研究员团队提出了界面调控策略来提高燃料电池低Pt膜电极的反应活性。相关成果以“Microenvironment Regulation to Unlock Platinum Catalyst Activity in Membrane Electrode Assemblies”为题发表在国际著名学术期刊《ACS Energy Letters》上。

Pt基贵金属催化剂被广泛应用于质子交换膜燃料电池（PEMFCs）电化学催化反应中，但其高昂的价格成本和使用量成为制约质子交换膜燃料电池商业化的重要因素之一。在不牺牲燃料电池活性和稳定性的基础上，降低Pt使用量是十分紧迫的。然后，在低Pt载量下，离聚物在Pt表面吸附并致密排列，占据大量活性位点，同时造成更高的氧传输阻力，抑制了 Pt活性发挥。

针对上述问题，团队提出了质子化多孔氮化碳纳米片（pCN）调控Pt-离聚物界面微环境策略，从而实现膜电极在低Pt载量（0.1 mg cm^-2）条件下性能的大幅提升。pCN纳米片中含氮基团通过与磺酸基团酸碱作用相结合，不仅提高了局域界面亲水性，提供了更多质子传递通道；而且降低了离聚物基体的结晶度，产生了更多的非晶态区域，提高了Pt表面离聚物薄膜的氧渗透能力。此外，酸碱对在离聚物-Pt界面之间形成了一个过渡层，避免了磺酸基团与Pt的直接接触，释放了更多Pt活性位点。因此，用pCN掺杂的 MEA，其质量活性提高了1.3倍，阴极电极的局部氧传输电阻降低了30%，在30000次加速老化循环测试后，峰值功率密度仅下降了7.3%。

文章第一作者为可再生能源中心张巨佳助理研究员，珠海市赛纬电子材料股份有限公司杨乐文博士开展了理论模拟工作。本研究得到国家自然科学基金委、能源研究院的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.4c02077