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了解铂（Pt）/离子聚合物/水界面结构及其对氧还原反应（ORR）活性的影响对于提高燃料电池中催化剂的利用率和性能至关重要。本研究旨在探讨磺酸基团对Pt/离子聚合物/水界面以及ORR机理的影响。
通过结合密度泛函理论（DFT）、从头算分子动力学（AIMD）和微观动力学模拟，研究结果表明，当磺酸基团位于亥姆霍兹平面的边缘时，会形成一个最佳的三相界面，提供更多的可用活性位点、更强的界面电场和更连续的氢键网络。这种配置使得*OOH的解离成为决定反应速率的步骤，表现出显著更高的本征ORR活性，且理论过电位低至0.11V。相反，当磺酸基团与Pt表面接触时，会导致Pt表面的d带中心下移，减弱界面电场，并破坏氢键网络，从而对ORR产生阻碍作用，过电位达到0.23V。
这些见解揭示了固-固-液界面在ORR性能中的作用，并为催化剂界面的合理设计提供了有价值的信息。尽管通过合金化和纳米技术等手段提升了催化剂活性，但如何在不降低PEMFCs性能的前提下减少Pt的使用量仍是一大挑战。02 ORR过程中的问题
在ORR过程中，钠离子的吸附及其后续覆盖会阻碍氧气在催化剂表面的关键传输和扩散，从而降低催化效率，导致质量活性和催化活性下降。研究指出，离子聚合物脱水会增强磺酸基团在Pt(111)表面的吸附，从而严重损害ORR性能，特别是在操作条件下，与未脱水的情况相比性能显著下降。为了减少磺酸基团导致的催化剂中毒，研究者提出了优化策略，旨在减少磺酸基团在Pt表面的覆盖，有效降低质子和氧气的传质阻力。离子聚合物在三相界面的存在显著影响电双层，并改变催化剂表面的电子结构，这使得离子聚合物-催化剂界面的相互作用和催化过程变得复杂且难以理解。06 图文导读
文章通过计算模型，模拟了ORR的线性扫描伏安（LSV）曲线，以评估Pt/离子聚合物/水界面的活性，并提供了关于Pt-离子聚合物相互作用对ORR阻碍效应的深入见解。研究表明，非接触结构的密度远高于接触结构，显示出优越的ORR活性，这进一步强调了催化剂界面结构优化的重要性。文章通过实验研究，强调了界面结构对PEMFCs性能的重要性，并提出了进一步优化催化剂界面以提高ORR活性的可能方向。
- 文章深入探讨了PEMFCs阴极催化剂界面在ORR中的性能及其影响因素，指出了减少Pt用量、缓解催化剂中毒、优化催化剂界面结构等关键挑战和策略。
- 文章通过计算模拟和实验研究，提供了关于催化剂界面结构对PEMFCs性能影响的深入见解，为进一步提高PEMFCs的催化效率和稳定性提供了有益的指导。
