納米結構無鉑族金屬催化劑及其在燃料電池電極結構中的集成

一種新型無鉑族金屬（PGM）催化劑納米結構催化劑是由富氮有機前體和兩種類型的二氧化硅基質的基礎上合成的。電催化劑顯示約100nm較大二氧化硅基質的中孔隙度，并顯示出與組內開發(fā)的最先進催化劑相當的化學和電化學性能。

三維微型X射線計算機斷層掃描（CT）揭示了所制造的氣體擴散電極（GDE）的厚度不均勻形態(tài)，在MPL處具有較小且致密的催化劑聚集體。而較大的聚集體具有較大的空隙。所形成的電極結構呈現線性貫穿厚度孔隙率分布，平均聚集體為12.2μm，代表性體積為0.4μm，并且具有5.4的高彎曲度。在納米尺度上，形態(tài)是均勻的，平均粒徑為0.16μm，孔隙率為0.52。據觀察，CL的第一半厚度更均勻，低曲折度為2，這也是中尺度納米CT成像獲得的彎曲度。然而，CL遠離基材的部分極度不均勻，具有大的空隙，導致整體曲折度為5.4。保水曲線顯示對宏觀尺度的空間依賴性，相對較低的毛細管壓力侵入這些孔隙。盡管用納米CT獲得的介孔結構很好地描述了較大聚集體內的形態(tài)，但微CT分辨率對于描述CL的完整厚度是必不可少的，對于不含PGM的材料，該分辨率的范圍大約為100μm，同時大部分空間不均勻性都在宏觀上發(fā)現。

當油墨直接沉積在膜上時，需要進一步的研究來了解CL形態(tài)。采用這種方法會在與MPL的接口處形成更大的空隙，從而導致在運輸過程和水管理方面出現問題。此外，需要研究油墨（催化劑負載貫穿厚度變化）到膜和MPL上的組合涂層，其中界面間隙將在CL本身內。