ACS Catal：在高电流密度和传质条件中电催化ORR

纳米技术

2021-12-29

目前人们在通过旋转圆盘电极（RDE）或者原位进行膜电极MEA进行电催化ORR表征的结果并不具有一致性，这种不一致的现象是因为人们发现RDE技术在更高的过电势条件中可能与较低的过电势条件中不同，而且如何提高催化剂层的催化活性才能实现达到燃料电池所需的容量。

有鉴于此，伦敦帝国理工学院Anthony R. J. Kucernak等报道通过浮置电极技术（FE，floating electrode）实现非原位ORR性能表征的结果，与在较高的传质和高过电势中的性能建立联系。

本文要点：

（1）

通过浮置电极技术分别在1M HClO₄、1M H₂SO₄电解液中测试Pt/C电催化剂的活性，发现在80 ℃和150 kPa_g时和1M H₂SO₄电解液中进行催化，膜电极的活性比在室温条件相同催化剂在1M HClO₄使用RDE电极或者FE电极进行催化反应的性能。这个结果说明，MEA技术的限制性不仅仅在Nafion中由于磺酸盐吸附导致。通过电流密度进行比较发现，FE数据能够比MEA的测试数据高4-6倍。这种区别产生的原因在于在FE电极体系中水能够更好的消除。

（2）

本文研究结果说明，MEA催化剂层的利用率极低，因为较差的水传输作用。在400 μg_Pt cm^-2的Pt担载量和0.65 V能够达到10-16 A cm^-2电流密度（25-40 A mg^-1），但是在25或者80 ℃和150 kPa_g条件MEA的电流质量活度<40 %。

参考文献

Colleen Jackson, Xiaoqian Lin, Pieter B. J. Levecque, and Anthony R. J. Kucernak*, Toward Understanding the Utilization of Oxygen Reduction Electrocatalysts under High Mass Transport Conditions and High Overpotentials, ACS Catal. 2022, 12, 200−211

DOI: 10.1021/acscatal.1c03908

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c03908