離子液體在提高燃料電池催化劑反應活性和耐久性方麵的作用

據國外媒體報道：離子液體（Ionic liquids, ILs）的(de)相(xiang)關(guan)研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)其(qi)具(ju)備(bei)潛(qian)力(li)成(cheng)為(wei)催(cui)化(hua)層(ceng)中(zhong)的(de)添(tian)加(jia)劑(ji)，加(jia)快(kuai)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)氧(yang)化(hua)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)。然(ran)而(er)
，需(xu)要(yao)對(dui)離(li)子(zi)液(ye)體(ti)在(zai)複(fu)雜(za)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)層(ceng)中(zhong)扮(ban)演(yan)的(de)角(jiao)色(se)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)膜(mo)電(dian)極(ji)實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)作(zuo)用(yong)有(you)基(ji)本(ben)的(de)了(le)解(jie)，以(yi)便(bian)合(he)理(li)設(she)計(ji)高(gao)耐(nai)久(jiu)性(xing)
、高活性的鉑基催化劑。

圖1離子液體對碳載體孔隙結構中質子和氧氣傳輸行為的影響

近日，美國加州大學Iryna V. Zenyuk課(ke)題(ti)組(zu)探(tan)索(suo)了(le)三(san)種(zhong)咪(mi)唑(zuo)衍(yan)生(sheng)的(de)離(li)子(zi)液(ye)體(ti)
，其(qi)具(ju)備(bei)高(gao)質(zhi)子(zi)導(dao)電(dian)性(xing)和(he)高(gao)氧(yang)溶(rong)解(jie)度(du)等(deng)特(te)性(xing)
，並(bing)將(jiang)它(ta)們(men)加(jia)入(ru)到(dao)了(le)高(gao)表(biao)麵(mian)積(ji)的(de)炭(tan)黑(hei)載(zai)體(ti)中(zhong)。揭(jie)示(shi)了(le)經(jing)過(guo)離(li)子(zi)液(ye)體(ti)改(gai)性(xing)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)物(wu)理(li)性(xing)質(zhi)和(he)電(dian)化(hua)學(xue)性(xing)能(neng)之(zhi)間(jian)的(de)相(xiang)關(guan)性(xing)，為(wei)離(li)子(zi)液(ye)體(ti)在(zai)改(gai)變(bian)催(cui)化(hua)劑(ji)層(ceng)界(jie)麵(mian)親(qin)水(shui)性(xing)/疏水性相互作用方麵的作用提供了直接證據。相關論文已發表在國際知名雜質Nature communications上。

通過優化界麵設計得到的催化劑在H₂/O₂測試條件下，0.9 V電壓下的質量活性達到了347 A g⁻¹_Pt，在測試背壓為1.5 bar 的H₂/air條件下
，功率密度為0.909 W cm⁻²。在0.8 A cm⁻²的電流密度運行條件下，經過3萬圈加速應力測試循環後，電壓僅下降了0.11 V。這種性能歸功於離子液體的加入, 使得埋在孔內的鉑能夠與氧氣和質子接觸發揮催化活性，從而大幅提高鉑的利用率。

論文下載鏈接如下：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33895-5