Year: 2025
Type: article
Abstract: 本研究构建了质子交换膜燃料电池阴极Pt₃Co核壳催化剂的一维衰减模型，模型耦合了Pt壳层氧化还原、Pt壳层溶解与再沉淀及Co核溶出等反应过程，揭示了电势循环中催化剂粒径分布、Pt壳厚度以及Pt/Co原子比的变化规律。研究结果明确指出，Pt壳层完整性对核内Co的稳定性具有决定性作用。当Pt壳层厚度因溶解而减薄至单原子层以下时，将导致Co原子暴露，并在催化层/质子交换膜界面处引发高达70.6%的Co质量损失，此数值显著高于催化层/气体扩散层界面区域，揭示了衰减过程在空间上的不均匀性。此外，进一步研究了运行参数对催化剂衰减速率的影响：电压上限的升高会大幅加快颗粒溶解和粗化的速率，最终加剧电化学活性表面积的损失；运行温度的升高不仅会加剧催化层内Co的总质量损失，还会增大其在催化层厚度方向上分布的不均匀性。该模型成功阐明了Pt₃Co核壳催化剂复杂的衰减演化路径：小尺寸颗粒因Pt壳优先溶解而导致Co过早暴露并失活；大尺寸颗粒则主要通过Ostwald熟化效应发生粗化，进而减少总活性表面积。本研究为优化合金催化剂设计及PEMFC工况调控提供了一定的理论依据与量化指导。
Authors: Mingsheng Hao, Zongyao Ding, Yubo Hu, Yinshi Li
Language: English
Subfield: Electrical and Electronic Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W4411440551