Rational Design ofthe Composite Perfluoro-SulfonicIonomer for High-Performance Proton Exchange Membrane Fuel Cells

质子交换膜燃料电池 离聚物 化学 合理设计 电化学 催化作用 复合数 化学工程 Nafion公司 磺酸盐 过电位 阴极 电解质 无机化学 原电池 离子交换 中心组合设计 膜电极组件 阳离子聚合 燃料电池 吸附 抗坏血酸 双金属片 阴极保护 铂金 复合材料 质子 快离子导体 质子输运
作者
Tingting Mao,Haiyang Fan,Youxing Liu,Qi Li,Chunyu Qiu,Yilin Zhao,Yucheng Wang,Wenxiu Yang,Bingjun Xu,Mingchuan Luo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (29): 30981-30988
标识
DOI:10.1021/jacs.6c05625
摘要

Scaling proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) is constrained by high cathodic overpotential and platinum usage for the oxygen reduction reaction, challenges exacerbated by catalyst poisoning from perfluorosulfonic acid (PFSA) ionomers. Though compositing PFSA with additives can mitigate this poisoning, progress has remained largely empirical due to the lack of quantitative assessment tools. Here, we introduce an electrochemical probe leveraging ionomer-coated single-crystal Pt(111) to quantify the coverage and strength of PFSA adsorption, elucidating how cationic additives suppress Pt poisoning. We identify an inverse correlation between cation hydration energy and PFSA adsorption, guiding the rational design of a poorly hydrated tetramethylammonium-anchored covalent organic framework (TMA+-COFs) as an ionomer additive. Electrochemical and spectroscopic analyses reveal that the composite TMA+-COFs/PFSA layer significantly inhibits sulfonate adsorption and poisoning onto Pt(111) through robust electrostatic interactions, which translates to a 1.7- and 4-fold activity enhancement for industrial Pt/C in rotating-disk and gas-diffusion electrodes, respectively. We also demonstrated a high mass activity of 1.08 A mgPt-1 in a PEMFC cathode with TMA+-COFs. Our work provides an alternative avenue to conventional catalyst engineering through the rational design of advanced composite ionomers for high-performance, low-Pt PEMFCs.
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
mannich发布了新的文献求助10
刚刚
成就亦寒发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
尊敬秋双完成签到 ,获得积分10
1秒前
科研通AI6.2应助余光采纳,获得10
2秒前
儒雅山兰完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
2秒前
3秒前
3秒前
jiajiajai完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
红尘意三分完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
科研小白发布了新的文献求助10
5秒前
田様应助祖尔风采纳,获得10
5秒前
sinFlee发布了新的文献求助10
6秒前
勤奋兔子完成签到,获得积分10
6秒前
SciGPT应助Una采纳,获得10
6秒前
UHPC发布了新的文献求助10
6秒前
梦蝴蝶完成签到,获得积分10
7秒前
徐神发布了新的文献求助10
8秒前
一二发布了新的文献求助10
9秒前
陈奕宏发布了新的文献求助10
9秒前
xyzemm完成签到,获得积分10
9秒前
SciGPT应助风趣的绿茶采纳,获得10
9秒前
时嗷发布了新的文献求助10
9秒前
大模型应助zzz采纳,获得10
10秒前
怕黑剑身发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
muhzi发布了新的文献求助10
10秒前
怡然新梅完成签到,获得积分10
11秒前
隐形曼青应助凣凢采纳,获得10
11秒前
12秒前
yang关注了科研通微信公众号
12秒前
绵绵发布了新的文献求助10
12秒前
科研通AI6.4应助成就亦寒采纳,获得10
13秒前
科研通AI6.4应助陳陳陳采纳,获得10
13秒前
Mottri发布了新的文献求助10
13秒前
14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
Rosenblum, Global Change Biology 800
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Physiologic specialization in Peronospora manshurica 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7777088
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9318254
关于积分的说明 20363169
捐赠科研通 7364154
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3318840
关于科研通互助平台的介绍 2466494
邀请新用户注册赠送积分活动 2334061