材料学院学术报告四十五：PEMFC膜电极电催化界面调控

报告主题：PEMFC膜电极电催化界面调控

报告嘉宾：陈胜利（教授，武汉大学化学与分子科学学院）

时  　间：2024年10月17日（周四）下午15:30

地　　点：材料学院守璞楼536会议厅

报告人简介

陈胜利，武汉大学教授、博士生导师；分别于1991和1996年在武汉大学获学士和博士学位，随后在英国帝国理工学院化学系等从事博士后研究；长期从事能源电化学基础与材料研究，在 Nat. Catal.，J. Am. Chem. Soc.，Nat. Commun.，Adv. Mater.等期刊发表论文160余篇，作为主编之一出版《电催化》书籍；主持国家自然科学基金重点项目等；担任ACS Catalysis (2018-2022)、ACS Electrochemistry、催化学报、电化学等期刊编委；获中国电化学青年奖。

报告内容简介

发展高性能的低铂（Pt）膜电极（MEA）对质子交换膜燃料电池（PEMFC）的产业化至关重要。当前，常用全氟磺酸（PFSA）离聚物的磺酸侧链对Pt表面的毒化、以及碳氟主链在界面形成高结晶致密层而引起的界面局域氧气传输阻抗（R_local）等是限制低铂MEA性能的主要因素。优化Pt/离聚物界面结构，实现催化层（CL）中多组分传输及界面电化学反应的平衡，是突破PEMFC性能瓶颈的有效途径。本报告将介绍我们近期调控Pt/离聚物界面结构及过程的研究进展。首先，我们发现在Pt/PFSA离聚物界面引入羟基金属卟啉（MPOH）化合物可以大幅提升MEA的性能。结合电化学测试、物理表征、分子动力学模拟等手段，我们揭示出MPOH不仅可以有效削弱磺酸侧链对Pt表面的毒化，并可提供额外的局域氧气传输通道改善传输效率。此外，我们发展了基于强亲水性Anderson型多酸（POM）阴离子团簇为质子传输载体的新型离聚物。多维度物理表征及电化学测试结果表明，与PFSA离聚物相比，POM阴离子团簇的大尺寸、电荷离域、高吸水性等特性使得其在Pt表面的吸附较弱，且能行程更大、更连通的亲水域。因此，与PFSA离聚物相比，基于该POM阴离子的离聚物显著降低MEA的 R_local，同时提升质子传导率，在各湿度工况下均展现出优异的电化学性能。不仅如此，该POM团簇中的锰离子可有效清除过氧化物，故MEA耐久性也得以改善。

欢迎有兴趣的师生前来参加！

材料学院

2024年10月11日