AM综述：Pt电催化剂向先进3D结构的协同结构转变用于氢燃料电池
Nanoyu
基于3D结构的制备为氢燃料电池电催化剂的开发提供了一个新的方向。包括扩展的Pt表面构建块、对空隙空间的充分利用，以及用于设计组件的刻意的网络连接和曲折。而各种合成策略使得具有适当的电子、离子和电化学特征的电催化剂的功能和结构工程成为可能。新的结构提供了有效的传质和大的电化学活性区域。迄今为止，尽管有关全功能氢燃料电池装置的报道很少，但这些3D电催化剂具有实现最佳电池性能和耐用性的潜力，超过了传统的铂粉(即Pt/C)电催化剂。
有鉴于此，韩国科学技术院Jin Young Kim综述了3D Pt材料应用的最新进展，以及协同结构转化的策略，重点总结了提高电催化性能的研究。
文章要点
1）Pt基催化剂的催化活性受不同物理化学参数控制，包括大小，形状，组成和几何形态。目前，燃料电池一般使用由Pt/C催化剂组成的电极。电极通常包含聚合物离聚物粘合剂和导电载体（例如碳），以确保质子和电子充分流动到催化剂表面的活性位。活性Pt催化剂的大小和结构决定了电化学活性表面积（ECSA，m2 g-1），质量活性和扩散过程，而孔结构控制着离子传导和质量传输过程。
2）作者阐明了用于3D Pt架构设计和制造的不同方法，包括：金属气凝胶，电纺金属纳米纤维网，纳米结构薄膜以及模板辅助多孔薄膜。重点总结了这些精确设计的3D结构的表面修饰和界面特性，以及它们的结构功能。
3）通过有效的筛选模型和对电催化活性和稳定性的全面预测，理论计算加快了Pt材料的结构设计。作者回顾了用于预测燃料电池电极的新型Pt电催化剂结构及其在使用过程中的行为的各种计算方法的研究进展。
4）3D Pt架构的几何形状和化学结构的工程设计，以全面解决影响关键性能指标（例如能源效率，最大功率密度和燃料电池耐久性）的电化学动力学和传输过程。作者总结了各种3D Pt架构在降低催化剂损失下的作用，并重点介绍了用于实现这些作用的结构转换策略。详细讨论了3D结构的设计策略和潜在的电化学机理。
5）在最近的几十年中，3D电催化剂领域已经从制造过程和电化学研究到通过创新材料和界面化学的处理发展到通过创新架构不断提高燃料电池装置性能的领域。作者最后提出了设计先进3D电催化剂材料的新指南，为未来的研究提供指导。
Jong Min Kim, et al, Synergetic Structural Transformation of Pt Electrocatalyst into Advanced 3D Architectures for Hydrogen Fuel Cells, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202002210
https://doi.org/10.1002/adma.202002210
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