发生氧还原反应（ORR）的质子交换膜燃料电池（PEMFC）的阴极在满足活性，耐久性和成本要求方面面临许多挑战：在保持高电活性的同时减少贵金属负载、减轻催化剂和载体的降解，以延长装置的寿命，并改善水管理和传质，以提高其在高电流密度下的性能。炭黑（CB）是PEMFC阴极中常规使用的低成本载体。这些由碳氢化合物热解或不完全燃烧产生的材料呈现出涡轮层状结构，其中石墨烯层堆叠成无规取向的微晶，并具有高电导率，孔隙率和表面积。然而，有关CB的表面化学和电化学性能之间的关系仍不明确。

有鉴于此，蒙彼利埃大学Sara Cavaliere等人，采用流动型量热法、拉曼光谱法、动态水蒸气吸附法、仪器气相分析法、氮气吸附/解吸法和高压计时电流法对一系列表面积相似但表面化学性质不同的炭黑(CB)进行了表征。

本文要点

1）使用这些碳材料作为载体，通过微波辅助的多元醇介导的克级合成制备Pt/CB电催化剂。利用流动型量热法等一系列技术对具有相似表面积和不同表面化学性质的炭黑进行了表征，以量化其亲水性、疏水性和芳香性。这些表面性质对相应的电催化剂和催化剂层的电化学和耐久性特性起作用。

2）通过X射线衍射，透射电子显微镜，旋转圆盘电极和相应的膜电极组件的原位燃料电池表征，对制备的电催化剂的结构，形态和电化学性能进行了评估。

在高电流密度下，这些表面的水去除可能是其碳腐蚀较低以及传质限制较低的原因，这对性能、耐久性和水管理有有利影响。

3）在制备的Pt/CB电催化剂中，基于CB4和CB2的Pt/CB电催化剂的ORR活性、耐久性和传质性能均有所提高，这主要归功于其较高的疏水性。

总之，所获得的结果建立了表面化学和电化学性能之间的关系，对设计高性能和稳定性的Pt/C催化剂层是有用的。

参考文献：

Ignacio Jiménez‐Morales et al. Correlation between the surface characteristics of carbon supports and their electrochemical stability and performance in fuel cell cathodes. Carbon Energy, 2021.

DOI: 10.1002/cey2.109

https://doi.org/10.1002/cey2.109