离子液体阳离子特性对铂基氧还原电催化剂性能的影响

作     者：白烁 王昊 许光文 杨冰冰 康振烨 崔佳瑶 李晨浩 陈庆军 刘艳荣 Shuo BAI;Hao WANG;Guangwen XU;Bingbing YANG;Zhenye KANG;Jiayao CUI;Chenhao LI;Qingjun CHEN;Yanrong LIU

作者机构：沈阳化工大学化学工程学院能源与产业化工研究院辽宁沈阳110142 中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京市重点实验室绿色过程与工程重点实验室多相复杂系统国家重点实验室北京100190 郑州新兴产业技术研究院河南郑州450001 海南大学化学工程与技术学院南海海洋资源利用国家重点实验室海南省精细化工重点实验室海南海口570228 中国科学院大学化学工程学院北京100049 中国科学院赣江创新研究院江西赣州341000 

出 版 物：《过程工程学报》 (The Chinese Journal of Process Engineering)

年 卷 期：2023年第23卷第4期

页      面：602-615页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(编号:92061125) 河南省重点研发计划资助项目(编号:202102210184) 中科院DNL合作基金资助项目(编号:DNL201921) 北京市自然科学基金资助项目(编号:2202052 Z200012) 

主　　题：氧还原反应 离子液体 Pt族催化剂 电催化界面 强化传质 

摘      要：离子液体(ILs)改性固体催化剂是一种构筑高效电催化界面的方法。为了研究ILs阳离子在催化剂中Pt表面对燃料电池中氧还原反应(ORR)性能的影响,本研究自主合成了两种疏水质子型ILs ([EIM][NTf_(2)],[BIM][NTf_(2)])和两种疏水非质子型ILs([EMIM][NTf_(2)],[BMIM][NTf_(2)]),并对商业化Pt/C进行改性。在本研究采用的咪唑类疏水ILs中,质子型ILs改性催化剂的ORR活性均高于非质子型ILs改性催化剂,其中,由1-丁基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺改性后的催化剂([BIM][NTf_(2)]@Pt/C)活性最高。在酸性半电池中ORR半波电位高达0.913 V (***),质量活性提升至商业化Pt/C的1.73倍,比活性提升至商业化Pt/C的3倍,同时达到5000圈循环后半波电位仅下降12 mV,性能仍高于商业化Pt/C。进一步材料表征和电化学测试表明,[BIM][NTf_(2)]@Pt/C电催化活性的增强归因于该ILs可增多Pt表面参与反应活性位点、强化Pt表面质子及质量传递,并可有效抑制Pt纳米颗粒溶解,从而起到了增强ORR活性及稳定性的作用。本研究深化了对ILs@Pt界面协同电催化机理的认识,为设计下一代高效燃料电池催化剂提供了理论依据。