Comprehensive Molecular Dynamics Study of Oxygen Diffusion in Carbon Mesopores: Insights for Designing Fuel-Cell Catalyst Supports

介孔材料 离聚物 碳纤维 催化作用 氧气 电解质 扩散 材料科学 化学工程 氧气输送 吸附 化学 聚合物 复合材料 电极 有机化学 物理化学 共聚物 热力学 工程类 物理 复合数
作者
Nobuaki Kikkawa,Masayuki Kimura
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:40 (3): 1674-1687 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.3c02627
摘要

Mesoporous carbon is often used as a support for platinum catalysts in polymer electrolyte fuel-cell catalyst layers. Mesopores in the carbon support improve the performance of fuel cells by inhibiting the adsorption of ionomer onto the catalyst particles. However, the mesopores may impair mass transport. Hence, understanding molecular behaviors in the pores is essential to optimizing the mesopore structures. Specifically, it is crucial to understand the oxygen transport in the high-current region. In this study, the diffusion coefficients of oxygen molecules in carbon mesopores were calculated for various pore lengths, pore diameters, filling rates, and water contents in the ionomer via molecular dynamics simulations. The results show that oxygen diffusion slows by 2 orders of magnitude because of pore occlusion, and it slows down by an additional 1 or 2 orders of magnitude if ionomers are present in the pores. The occlusion can be theoretically predicted by considering the surface free energy. This theory provides some insight into mesoporous carbon designs; for instance, the theory suggests that narrow pores should be shortened to prevent occlusion. Slow diffusion in the presence of ionomers was attributed to the localization of oxygen at the dense ionomer-carbon interface. Thus, to improve oxygen transport properties, carbon surfaces and ionomer structures may be designed in such a manner as to prevent densification at the interface.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Orange应助CIOOICO1采纳,获得10
刚刚
宠溺Ovo完成签到 ,获得积分10
刚刚
初晴后雨完成签到 ,获得积分10
刚刚
hehehehehe完成签到,获得积分10
刚刚
2秒前
科烟生完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
dxp123应助Firsterchao采纳,获得10
5秒前
5秒前
华仔应助zhf采纳,获得10
5秒前
GY916完成签到,获得积分10
5秒前
Juniorrr发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
7秒前
7秒前
晓豪发布了新的文献求助10
8秒前
quit123发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
11秒前
T=T生物发布了新的文献求助10
12秒前
七七发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
evan完成签到,获得积分10
13秒前
naomi完成签到 ,获得积分10
14秒前
ll发布了新的文献求助10
14秒前
管夜白完成签到 ,获得积分10
14秒前
xixi发布了新的文献求助20
15秒前
小巧水绿发布了新的文献求助10
15秒前
18秒前
安慧容发布了新的文献求助10
18秒前
可爱的函函应助hsp采纳,获得10
19秒前
番茄完成签到,获得积分10
21秒前
科研通AI6.3应助jianguo采纳,获得10
21秒前
SI发布了新的文献求助10
22秒前
阿童木完成签到,获得积分0
23秒前
GOuO完成签到,获得积分10
25秒前
科研通AI6.3应助cyw采纳,获得10
25秒前
香蕉觅云应助执着的海采纳,获得10
26秒前
123发布了新的文献求助10
27秒前
27秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Resistance Spot Welding Dataset for Automobile Body-in-White Quality Analysis 748
日本現代怪異事典 副読本 700
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 650
Machine Learning for Asset Management and Pricing 600
Numerical analysis of the coupled atmosphere-ocean models (CAO II). II 600
Models for the coupled atmosphere and ocean 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7386727
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8993458
关于积分的说明 19134318
捐赠科研通 7023754
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3227905
关于科研通互助平台的介绍 2390632
邀请新用户注册赠送积分活动 2209028