本研究建立了旋转圆盘电极（RDE）上铂（Pt）颗粒尺寸与Pt/C电催化剂活性和耐久性之间的关系，并发现颗粒尺寸超过3.5纳米的Pt/C电催化剂对Pt颗粒衰减和碳腐蚀具有出色的抵抗力。进一步的研究结果揭示了Pt颗粒衰减和碳腐蚀的机制：Pt颗粒的衰减主要由80%的Ostwald熟化（即颗粒通过溶解-再沉积过程发生的尺寸变化）和20%的颗粒团聚组成，而碳腐蚀则受到Pt颗粒催化作用的影响。因此，上述结果表明，将Pt颗粒尺寸调控在3.5~4.0纳米范围内可以提高RDE上Pt/C电催化剂的耐久性。
为了验证这一结论的准确性并确定实际应用中的最佳颗粒尺寸范围，我们组装了5×5平方厘米的单电池，以评估H2/空气条件下阴极Pt/C电催化剂的性能和耐久性。结果表明，颗粒尺寸在3.5纳米至3.8纳米之间的阴极Pt/C电催化剂表现出高的单电池性能（在0.65V时电流密度为2.3 A cm⁻²）和耐久性（在30000次循环后，0.8 A cm⁻²下的电压损失为15 mV）。这些发现揭示了Pt/C电催化剂的衰减机制，并为开发实际应用中高耐久性的铂基电催化剂提供了思路。
【文章亮点】
Pt/C上Pt颗粒的衰减主要是由Ostwald熟化引起的。 Pt颗粒会催化碳的腐蚀，导致其相互连接并最终脱落。
颗粒尺寸在3.5至3.8纳米之间的Pt/C电催化剂同时具有高活性和高耐久性。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为新一代清洁能源技术，具有高效、环保、低噪音等优势，在新能源汽车、分布式能源等领域展现出巨大的应用潜力。然而，PEMFC催化剂的稳定性和耐久性一直是制约其商业化进程的关键问题之一。特别是铂-碳催化剂，作为PEMFC中最常用的阳极和阴极催化剂，其性能直接影响到PEMFC的输出功率和长期运行稳定性。
本文深入探讨了铂-碳催化剂在PEMFC中的衰减机制，并提出了一系列提升催化剂耐久性的策略。
文章详细分析了铂-碳催化剂在PEMFC运行过程中的衰减原因。研究发现，铂颗粒的团聚、碳载体的腐蚀以及铂与载体之间的相互作用减弱是导致催化剂性能下降的主要因素。铂颗粒的团聚会减少催化剂的活性表面积，降低催化效率；碳载体的腐蚀会破坏催化剂的结构稳定性，加速催化剂的失效；而铂与载体之间相互作用的减弱则会影响催化剂的抗团聚能力和长期稳定性。
针对上述衰减机制，文章提出了多种提升铂-碳催化剂耐久性的方法。
一方面，通过优化催化剂的制备工艺，如采用更稳定的碳载体、调整铂颗粒的大小和分布等，可以有效提高催化剂的结构稳定性和抗团聚能力。
另一方面，通过表面修饰、合金化等手段，可以增强铂颗粒与载体之间的相互作用，从而提高催化剂的抗腐蚀能力和长期稳定性。此外，研究还探索了催化剂的再生技术，即通过特定的化学或物理方法，恢复已衰减催化剂的活性，延长其使用寿命。
值得注意的是，文章不仅关注催化剂的衰减机制和耐久性提升方法，还深入探讨了这些策略对PEMFC性能的影响。
研究结果表明，通过优化催化剂的制备工艺和采用耐久性提升策略，可以显著提高PEMFC的输出功率和长期运行稳定性，为其商业化应用提供了有力的技术支撑。
综上，文章通过深入探究铂-碳催化剂在PEMFC中的衰减机制，并提出了一系列提升催化剂耐久性的策略，为PEMFC技术的发展和应用提供了重要的参考和借鉴。这些研究成果不仅有助于推动PEMFC技术的商业化进程，还为清洁能源的普及和可持续发展做出了积极贡献。
https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ad7aa3#artAbst2
▲圆盘电极旋涂机
