Identification of the active triple-phase boundary of a non-Pt catalyst layer in fuel cells

催化作用 微型多孔材料 介孔材料 化学工程 大孔隙 相(物质) 氧还原反应 材料科学 图层(电子) 活动站点 化学 纳米技术 电极 有机化学 物理化学 电化学 工程类
作者
Yucheng Wang,Wen Huang,Liyang Wan,Jian Yang,Rong-Jie Xie,Yanping Zheng,Yuan‐Zhi Tan,Yue-Sheng Wang,Karim Zaghib,Lirong Zheng,Shuhui Sun,Zhi‐You Zhou,Shi‐Gang Sun
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:8 (44) 被引量:32
标识
DOI:10.1126/sciadv.add8873
摘要

The rational design of non-Pt oxygen reduction reaction (ORR) catalysts and catalyst layers in fuel cells is largely impeded by insufficient knowledge of triple-phase boundaries (TPBs) in the micropore and mesopore ranges. Here, we developed a size-sensitive molecular probe method to resolve the TPB of Fe/N/C catalyst layers in these size ranges. More than 70% of the ORR activity was found to be contributed by the 0.8- to 2.0-nanometer micropores of Fe/N/C catalysts, even at a low micropore area fraction of 29%. Acid-alkaline interactions at the catalyst-polyelectrolyte interface deactivate the active sites in mesopores and macropores, resulting in inactive TPBs, leaving micropores without the interaction as the active TPBs. The concept of active and inactive TPBs provides a previously unidentified design principle for non-Pt catalyst and catalyst layers in fuel cells.
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