近日，《Energy & Environmental Science》上发表了一篇关于质子交换膜燃料电池（PEMFCs）性能提升的研究论文。
燃料电池作为一种清洁、高效的能源转换装置，一直备受关注。然而，在其工作过程中，氧还原反应（ORR）的效率受到很大限制。这一问题主要源于PFSA离子交换膜中的磺酸根离子在铂催化剂表面的强烈吸附，导致催化剂活性位点被堵塞，同时形成阻碍氧气向铂表面扩散的致密PFSA膜。
为了解决这一问题，研究团队巧妙地引入了一种新型添加剂——羟基苯基金属卟啉（MPOHs），并将其添加到阴极催化剂层（CCLs）中。通过详细的物理、电化学表征和分子动力学模拟，研究发现MPOHs能够双重促进ORR在Pt表面的进行：一方面，通过与水合氢离子和磺酸根形成氢键网络，打破磺酸根与Pt的相互作用，增大离子交换膜中氧气扩散的亲水区域；另一方面，通过吸附/脱附过程富集和携带氧气分子。
实验结果表明，添加了MPOHs的燃料电池在离子交换膜局部氧气传输阻力方面显著降低，输出功率也得到明显提升。尤其是CuPOH，由于密度泛函理论计算表明其对氧气的吸附自由能接近零，被认为是最佳的氧气载体，其在性能提升方面表现更为突出。
作者：
Shengli Chen是武汉大学化学与分子科学学院的二级教授和博士生导师，专注于电化学领域的研究，包括理论与计算电化学、电催化等。他在武汉大学获得学士和博士学位，并在国际知名学府进行过博士后研究。自2004年起担任武汉大学教授，2013年成为珞珈学者特聘教授。在电化学领域有深入的研究，发表了多篇学术论文。
参考文献：
Meihua Tang, Chunping Wang, Zhenying Zheng, Xiaoxiao Wang, Fulong Zhu, Shengli Chen. Dual Promotion of Oxygen Reduction on Pt in Membrane Electrode Assembly by Hydroxyphenyl Metal Porphyrins. Energy & Environmental Science.
DOI https://doi.org/10.1039/D4EE04320K
