聚合物膜电解质燃料电池(PEMFCs)的高成本仍然是与内燃机汽车竞争市场的一个障碍。通过减小催化剂层中铂纳米颗粒的尺寸，可以降低质子交换膜燃料电池的成本，提高铂的分散性和利用率。此外，通过减小粒径和增加分散度，可以减轻由于O₂输送阻力而造成的高功率性能损失。然而，由于仅改变单个参数（例如，粒径和负载）的合成困难，关于Pt粒径如何影响耐久性的确切结论仍然难以捉摸。

有鉴于此，德国IEK-11的Serhiy Cherevko和Daniel J. S. Sandbeck等人，研究了燃料电池中铂的粒度对其溶解的影响规律。

本文要点

1）因此，在采用两步无表面活性剂方法的情况下，在保持Vulcan载体上的负载恒定（30 wt％）的同时，Pt纳米颗粒的粒径在2.0、2.8至3.7 nm之间变化。

2）通过在线电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)研究电化学原位溶解，揭示了比质量溶解趋势，这归因于电化学活性表面积（ECSA）的粒度依赖性变化。这种降解趋势对于PEMFC的启动/停止至关重要，目前需要在生产车辆中实施潜在的控制。

3）此外，还观察到随着颗粒尺寸的减小，阳极溶解的开始以及向更多负电势的氧化转变。这些结果表明，当从扩展的多晶Pt到纳米颗粒尺度时，阳极溶解的类似机制与位置交换有关。随着颗粒尺寸减小而出现的负向变化突出了PEMFC在负载/空载条件下的实际局限性:如果没有进一步的材料改进来抑制Pt的溶解、降低成本并通过提高Pt的利用率和分散度来改善高功率性能，那么进一步减小颗粒尺寸就不可能实现。

参考文献：

Daniel Sandbeck et al. The Particle Size Effect on Platinum Dissolution: Practical Considerations for Fuel Cells. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020.

DOI: 10.1021/acsami.0c02801

https://doi.org/10.1021/acsami.0c02801