《Sci Adv》:高性能燃料电池电极的一种3D打印独特电催化剂 2024-07-30 22:03:00 由氢气和燃料电池技术产生的电化学能源,被认为是全球努力使能源消耗远离碳基燃料的关键。虽然目前用于发电的电化学技术已证明其在某些应用(如绿色交通)中的可行性,但人们普遍认为,电化学材料的突破对于实现燃料电池等电化学能量转换系统的实际性能、耐久性和成本效益至关重要,如燃料电池。特别是,聚合物电解质膜燃料电池(PEMFCs)的动力学传递受到氧还原反应(ORR)缓慢动力学的限制。燃料电池电极的理想设计包括在传输介质和催化剂颗粒的相对比例上的微妙平衡,以及它们的分布和排列,以形成一个更有效的导电网络。其中,当用于聚合物电解质膜燃料电池时,无负载的Pt电催化剂表现出优异的电化学稳定性。然而,它们的极薄和低孔隙率导致比表面积不足和传质阻力大。基于此,韩国科学技术院(KAIST)Yeon Sik Jung和韩国科学技术研究院(KIST)Jin Young Kim介绍了一类独特的三维 (3D) 定制的多尺度Pt纳米结构(PtNAs),基于单个Pt纳米线构建块进行打印,其可用于高性能燃料电池电催化剂。与商业Pt/C相比,通过超高分辨率纳米转移打印制造的3D多尺度PtNA表现出优异的性能(最大功率密度提高43%)和高耐用性(5000 次循环仅损失5%的表面积)。相关论文以题为“Conformation-modulated three-dimensional electrocatalysts for high-performance fuel cell electrodes”发表在Science Advances。论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/7/30/eabe9083具体来说,这些独特3D Pt纳米结构基于纳米转移印刷 (nTP) 技术将2D阵列顺序堆叠来构建PtNAs。其中,nTP是一种强大的合成技术,用于获得各种3D构建块以及优化 3D 组件的几何形状和功能,这也是PtNAs明显优势所在。与商业Pt/C相比,它们具有较少曲折的传质路径和更高的活性材料利用率。发现性能最佳的PtNA在半电池中具有超过普通Pt/C催化剂1.88倍的比活性,并且在单电池中的最大功率密度比传统Pt/C催化剂高43%。此外,使用理论和实验分析对这些新设计的PtNA催化剂进行了探索,观察到的出色性能和耐久性的结果揭示了3D结构参数与催化性能之间的重要关系。图1. 通过nTP对3D PtNAs 进行几何控制图2. 制备的PtNAs TEM表征图3. 制备的PtNAs XPS和XAFS表征图4. 液态半电池测试图5. 多尺度PtNA和单电池测试图6. 基于计算流体动力学的数值模拟总之,本文证明了多尺度PtNAs可以通过具有受控直径和间距的对齐Pt纳米线构建块的3D堆叠打印,制造为PEMFC的高性能电催化剂。电化学表明,单模式PtNA在ECSA 和传质方面并不理想,这表明设计和构建由密集和稀疏构建块组成的多尺度PtNA以最大化其电化学性能。结合理论和实验研究,还评估了催化剂的利用率和比有效表面积,以确定最佳结构。(文:Doublenine) 赞 (0) 相关推荐 JACS:“电化学应变”动力学对贵金属纳米催化剂的影响 通讯作者:Raphaël Chattot 通讯单位:欧洲同步辐射中心 金属电催化剂的理论设计在很大程度上依赖于催化剂结构与电催化反应机制/动力学之间假定的单边效应.然而,电化学引起的催化剂结构改变 ... 四苯基钴卟啉配合物CoTPP的电催化产氢性能介绍 以玻碳电极为工作电极, 0.1 M TFA 作质子源, 施加-0.95 V vs.SCE 的电压条件下, 通过电化学工作站测出这三种钴卟啉电催化产氢能达到将近 100 %的法拉第效率. 并且提出了钴卟 ... 北京大学郭少军Angew.:路易斯酸性PtIr多枝状物结构实现高性能锂氧电池 通讯作者:郭少军 通讯单位:北京大学 高过电位和寄生反应的缓慢氧反应动力学是非质子锂氧(Li-O2)电池面临的主要挑战.设计用于加速氧反应动力学的高效催化剂对于开发高性能Li-O2电池至关重要. ... 干货 | PEM燃料电池膜电极制备技术浅析 来源:云雄能源 膜电极是多相物质传输和电化学反应的场所,决定了质子交换膜燃料电池的性能.寿命和成本.膜电极与其两侧的双极板组成了燃料电池的基本单元-燃料电池单电池.在实际应用当中可以根据设计的需要将多 ... 燃料电池产业系列报告之MEA:国产化、规模化、精细化 一.背景:政策.成本推动下,FCV 开启放量降本 1. 车辆电动化大势所趋,燃料电池为商用车电动化的优选方案 电动化趋势下锂电技术路线率先突围,尤其带动了乘用车的电动化浪潮.相较之下,重载运输领域的电 ... 一举两得!新型直接燃料电池催化剂可将燃料转变为高价值产物 科技日报合肥3月17日电(记者 吴长锋)记者从中科院合肥研究院了解到,该院固体所纳米材料与器件技术研究部环境与能源纳米材料中心,在以有机物5-羟甲基糠醛作为燃料的燃料电池研究中取得新进展,他们合成了负 ... 巨头入局,超35种3D打印植入物获批,生物组织打印产业前景看好【医疗3D打印上篇】 "3D打印将给几乎所有产品的制造方式带来革命性变化."前美国总统贝拉克·侯赛因·奥巴马曾这样说过,可时至今日,奥巴马已经卸任两年了,3D打印的革新依然还在路上. 3D打印行业的发展 ... 福建物构所《AFM》:一种新型高性能燃料电池,快速制氢能力! 工业氢气主要采用催化水蒸气-碳氢化合物工艺生产,该工艺对烃类原料的可用性和高压要求高,排放大量温室气体,显然不适合特定用途的小规模现场制氢和未来可持续发展的规模化生产.氢气(H2)作为一种用途广泛的原 ... [Sci. Adv.] 具有汗液增强导电性的可印刷弹性电极 通讯作者:Pooi See Lee 通讯单位:新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院 功能材料.力学和设备设计的创新激发了可穿戴设备的迅猛发展,包括传感.信号传输和电源.可穿戴设备的关键部件是柔软的功能 ... 科研 |SCI ADV:平行单细胞转录组和染色质可及性测序揭示重编程轨迹的多样性 编译:Champion,编辑:景行.江舜尧. 原创微文,欢迎转发转载. 导读 为了解结构异质性并揭示成功重编程的机制,本研究采用单细胞RNA测序(scRNA-Seq)和单细胞转座酶可及染色质分析(sc ... 科研 | SCI. ADV.:除质谱之外,蛋白组学的下一步发展(上) 编译:晨晨,编辑:小白.江舜尧. 原创微文,欢迎转发转载. 导读 早在1951年,Sanger意识到蛋白可能是致病的根源,同时也可能是治疗疾病的关键,因此需要不断鉴定这些蛋白的关键作用.随着测序技术的 ... 科研 | SCI. ADV.: 除质谱之外,蛋白组学的下一步发展(下) 编译:晨晨,编辑:小白.江舜尧. 原创微文,欢迎转发转载. 导读 早在1951年,Sanger意识到蛋白可能是致病的根源,同时也可能是治疗疾病的关键,因此需要不断鉴定这些蛋白的关键作用.随着测序技术的 ... 综述| SCI ADV:微生物组衍生的肉毒碱模拟物是此前未知的肠-脑轴沟通介质 编译:北越城主,编辑:谢衣.江舜尧. 原创微文,欢迎转发转载. 导读 肠道微生物组的改变往往与多种神经性疾病发生直接相关,然而目前研究人员并未得到证据表明肠道微生物组的代谢物与大脑之间存在直接的相互作 ... SCI ADV | 哺乳动物嗅粘膜的转录组图谱揭示了对人类食物气味检测的进化影响 推荐:江舜尧 编译:荟氚 编辑:马莉 欧洲信息研究所联合剑桥大学以及宾夕法尼亚大学等世界一流大学的共同于2019年7月31日在S<CIENCE ADVANCES >上发表了题名为<A ... 科研 | Sci. Adv.: 精神分裂症患者的肠道微生物组可调节小鼠的谷氨酸-谷氨酰胺-GABA循环和精神分裂症相关行为 编译:十三,编辑:小菌菌.江舜尧. 原创微文,欢迎转发转载. 导读 精神分裂症(SCZ)是一种破坏性疾病,约影响全球总人口的0.5%-1%.以前,研究人员一直专注于分析人类基因组以确定SCZ的发病机理 ...