目前碳载铂和铂合金催化剂的稳定性不足是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一个重要障碍。作为触发铂纳米颗粒迁移、溶解和聚集的主要降解原因，碳腐蚀仍然是一个重大挑战。与提高Pt和PtM合金颗粒稳定性相比，由于碳在燃料电池运行下的热力学不稳定性，提高载体稳定性相当具有挑战性。近年来，在开发高度耐用的碳基载体方面做出了重大努力，这些载体涉及创新的纳米结构设计和合成以及机理理解。

有鉴于此，纽约州立大学布法罗分校武刚教授和洛斯阿拉莫斯国家实验室Jacob S. Spendelow等人，综述了近年来铂催化剂碳基材料的研究进展，并提供了合成-结构-性能相关性以阐明潜在的稳定性增强机制。

本文要点

1）首先讨论了碳载体降解对Pt催化剂性能的影响机理。总结了调整碳结构和加强金属-载体相互作用的一般策略，然后讨论了这些设计如何提高载体的稳定性。在现有实验和理论研究的基础上，分析了碳载体对燃料电池Pt催化剂性能和耐久性的影响。最后，展望了发展具有良好形貌和纳米结构的先进碳材料，以提高Pt的利用率，增强金属-载体相互作用，促进质量/电荷转移，提高耐蚀性的未来发展方向。

2）催化剂载体对质子交换膜燃料电池中铂电催化剂的活性和耐久性至关重要。碳基材料已被证明是 Pt 催化剂最合适的催化剂载体，因为它们具有高电导率和出色的灵活性，可调节形态和纳米结构以在多孔燃料电池电极中均匀分散和有效稳定 Pt NP。然而，Pt/C催化剂的碳腐蚀会导致电催化剂的严重降解，导致Pt的 ECSA的损失、孔结构的坍塌，对传质和水管理产生不利影响。先进的碳基载体可以在不影响性能的情况下提高耐久性，对运输和其他应用的燃料电池中高性能低铂族金属催化剂的需求很高。

3）提高石墨化程度以获得坚固的碳结构是提高耐腐蚀性能的一个明显途径。已经广泛研究了可用的高度石墨化碳材料，包括CNT、CNF、石墨烯和石墨化炭黑。然而，石墨化碳往往具有相对较低的孔隙率和比表面积，因此导致Pt NPs分散和利用率较差，ECSA较低，传质效率较低。此外，石墨化碳载体产生亲水性表面，并且不能均匀地分散对电极中的质子传导性必不可少的离聚物。因此，对于燃料电池中的 Pt 催化剂，碳材料的孔隙率、形态和表面化学需要是最佳的。合理设计具有高度石墨化、足够的表面积和适当掺杂剂的新型碳结构来调节表面化学是铂催化剂在保持高活性的同时获得优异的稳定性的关键。

参考文献：

Zhi Qiao et al. Advanced Nanocarbons for Enhanced Performance and Durability of Platinum Catalysts in Proton Exchange Membrane Fuel Cells. Small, 20021.

DOI: 10.1002/smll.202006805

https://doi.org/10.1002/smll.202006805