Oxygen Transport at Three-Phase Interfaces of Pt Single-Atom Catalysts in Proton Exchange Membrane Fuel Cells

催化作用 质子交换膜燃料电池 材料科学 氧气 氧气输送 化学工程 铂金 分子动力学 燃料电池 碳纤维 离聚物 析氧 纳米尺度 渗透 大规模运输 纳米技术 化学物理 氧气储存 水运 质子输运 无机化学 图层(电子) 极限氧浓度 质子
作者
Jiabin You,Huiyuan Li,Xiaojing Cheng,Liuxuan Luo,Xiaohui Yan,Guoqiang Zhang,Shuiyun Shen,Junliang Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (5): 9125-9137
标识
DOI:10.1021/acsami.5c21281
摘要

High Pt-loading catalysts constitute a critical bottleneck hindering the large-scale development of fuel cells. Pt single-atom catalysts (Pt SACs) demonstrate ultrahigh atomic utilization and catalytic activity, while their performance remains unsatisfactory under the harsh reaction conditions in catalyst layers (CLs), particularly due to mass transport constraints. Herein, molecular dynamics simulations are employed to thoroughly investigate the nanoscale oxygen transport mechanisms at Pt SACs-ionomer-gas three-phase interfaces in CLs. The results show the dense ionomer layer (<1 nm) on carbon surface contributes dominantly to the overall oxygen resistance, within which Pt SACs primarily localize beneath voids between PFSA backbones and interfacial regions between backbones and water clusters. The water clusters in dense layer increases as hydration level (λ) increases from 3 to 11, then declines with further hydration. Oxygen tends to diffuse through the hydrophilic-hydrophobic interface regions around Pt SACs at tilted molecular orientations. The associated oxygen transport resistance exhibits a nonmonotonic dependence on hydration level, reaching a minimum at λ = 11, which provides the most favorable channels for oxygen approaching Pt SACs. Traditional oxygen permeation theory developed for bulk PFSA is only applicable to low to medium hydration levels in Pt SAC-based CLs, not to the full λ-range encountered in practice. This study provides insights into oxygen transport at three-phase interfaces of Pt SACs in CLs, offering valuable guidance for the design of CLs with ultralow Pt loadings.
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
FATYE发布了新的文献求助10
1秒前
乐乐应助韩强采纳,获得30
1秒前
1秒前
1秒前
2秒前
李月完成签到,获得积分10
2秒前
小巧念露发布了新的文献求助10
2秒前
啦啦啦啦呼应助奇奇怪怪采纳,获得10
3秒前
4秒前
4秒前
念明完成签到,获得积分10
5秒前
小燕子完成签到,获得积分10
6秒前
molihuakai应助sansan采纳,获得10
6秒前
大虫发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
7秒前
7秒前
打打应助chenyiiii采纳,获得10
8秒前
8秒前
大虫发布了新的文献求助10
9秒前
HYY发布了新的文献求助10
9秒前
彭于晏应助小巧念露采纳,获得10
10秒前
11秒前
瓶子发布了新的文献求助10
11秒前
13秒前
大虫发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
852应助LLH采纳,获得10
14秒前
李芳发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
缓慢凝梦完成签到,获得积分10
16秒前
大虫发布了新的文献求助10
17秒前
心灵美的小伙应助Pharm采纳,获得50
17秒前
18秒前
大虫发布了新的文献求助10
19秒前
20秒前
20秒前
年轻的醉冬完成签到,获得积分10
21秒前
万万完成签到,获得积分10
21秒前
大虫发布了新的文献求助10
23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
Autoparametric Resonance in Mechanical Systems 1000
Effects of Two Weeks of Red Light Therapy on Choroidal Thickness and Axial Length in Young Adults 700
2026人教社中小学心理健康教育读本高中全一册电子版 600
Cosmos as Art Object: Studies in Plato's Timaeus and Other Dialogues 600
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
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 7666698
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9236201
关于积分的说明 19878451
捐赠科研通 7235967
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3283812
关于科研通互助平台的介绍 2442567
邀请新用户注册赠送积分活动 2285127