由于质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 具有能量转换效率高、运行温度低和零碳排放等优点，正成为汽车传统内燃机的一种很有前途的替代品。然而，对铂(Pt)的高需求和膜电极组件(MEAs)的耐久性不足限制了PEMFC汽车的大规模商业化。特别是，需要高负载的 Pt 来催化阴极中的动力学缓慢氧还原反应 (ORR)。为了解决成本和耐久性不足的问题，开发高效稳定的 Pt 基电催化剂已成为有效的解决方案之一。然而，由于对如何设计 MEA 缺乏了解，将这些先进催化剂的高 ORR 活性和稳定性转化为燃料电池性能仍然受到阻碍。

有鉴于此，中国科学院大连化学物理研究所邵志刚研究员和侯明研究员等人，开发了一种纳米槽状催化剂层(NTCL)，它具有低Pt负载和高耐久性，直接作为质子交换膜燃料电池(pemfc)的阴极。

本文要点

1）受自然界的启发，设计并构建了超薄 Pt 纳米槽催化剂层（NTCL）。制备的 Pt NTCL具有以下特征：(1) 1D 纳米纤维形成 3D 互连多孔结构以增强电子传输和传质，(2) 仿生纳米槽结构有利于水管理，(3) 超薄厚度实现了不含离聚物的催化剂层。

2）得益于仿生结构和超薄厚度，阴极中反应物的传质和水管理得到显着增强。阴极中铂负载量为 42 µg cm^-2 时，峰值功率密度为 0.936 W cm^-2。此外，通过环境扫描电子显微镜（ESEM）对 NTCL 上水形成的原位观察验证了该系统的高效水管理。

3）重要的是，在加速应力测试期间，Pt NTCL 阴极远比传统电极稳定。增强的耐久性可能归因于一种自修复机制，包括Pt溶解和再沉积，使NTCL具有出色的耐久性。

总之，该工作提出了一种制备具有增强 PEMFC 性能和耐久性的纳米结构 Pt 电极的新方法。

参考文献：

Manman Qi et al. Free-standing and Ionomer-free 3D Platinum Nanotrough Fiber Network Electrode for Proton Exchange Membrane Fuel Cells. Applied Catalysis B: Environmental, 2021.

DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120504

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120504