Kolmaterial är, på grund av sina lämpliga fysikalisk-kemiska egenskaper såsom stor ytarea, justerbar porstruktur, variabel morfologi och multifunktionella ytegenskaper baserade på kemiska modifieringar, låg kostnad och enkel framställning från olika prekursorer, idealiska bärarmaterial för funktionella metallkomponenter .
Särskilt i elektrokemiska system (såsom protonutbytesmembranbränsleceller, PEMFC och protonutbytesmembranvattenelektrolys, PEMWE), spelar kolmaterial en viktig roll eftersom de kan fungera som ledande bärare för aktiva metallkomponenter.
Men i den snabbt växande litteraturen inom området elektrokatalys fokuserar de flesta studier vanligtvis på funktionella metall- eller metalloxidkomponenter som stöds av kommersiellt kol. Kolmaterials roll som stöd och deras inverkan på katalytisk prestanda har inte uppmärksammats tillräckligt, vilket motiverar fler forskningsinsatser från både akademi och industri.
Denna recension, publicerad i tidskriften Science China Chemistry , leddes av Prof. Wei Lin (SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing) och Prof. Lichen Liu (Institutionen för kemi, Tsinghua University).
Prof. Wei Lin och Prof. Lichen Liu försökte närma sig ämnet ur ett industriellt perspektiv och diskuterade nyckelparametrar som direkt kan mätas eller studeras i experiment för att avslöja sambandet syntes-struktur-prestanda.
Uppsatsen introducerar och förklarar systematiskt användningen av kolbärarmaterial inom det elektrokemiska området under industriellt relevanta förhållanden och de befintliga utmaningarna och framtida genombrottsriktningar från sex aspekter:elektrokemisk konduktivitet, kemisk sammansättning, stabilitet under industriella förhållanden, massöverföring, bulksyntes, och fördjupad förståelse.
Slutligen, baserat på sin kunskap och erfarenhet som samlats inom industriell FoU-verksamhet, föreslår författarna följande kritiska standarder som kolbärare i praktiska elektrokatalytiska anordningar måste uppfylla:(1) specifik yta> 60 m²/g; (2) elektrisk resistivitet <2,5 Ω·m; (3) primär kolpartikelstorlek <50 nm; (4) återvinningsbarhet över 5000 cykler (vid 1,0-1,5V); (5) kostar under 4 000 USD/ton.
Specifikt föreslår författarna också en primär kolpartikelstorlek <50 nm, eftersom mindre partiklar kan förbättra ledningsförmåga och viskositet, förbättra väderbeständighet, ge bättre förstärkning och öka draghållfasthet och nötningsbeständighet. Dessutom är mindre partikelstorlek korrelerad med en större specifik yta, vilket underlättar tät platinabelastning och konstruktion av tunna katalysatorskikt.
Dessa nyckelindikatorer kan fungera som vägledande parametrar för utvecklingen av avancerade kolbärare för PEMFC- och PEMWE-enheter. Den första författaren till artikeln är Dr. Xue Yang från Sinopec Research Institute of Petroleum Processing.
Mer information: Xue Yang et al, Kolbaserade stöd för elektrokatalys under industriellt relevanta förhållanden, Science China Chemistry (2023). DOI:10.1007/s11426-023-1887-7
Tillhandahålls av Science China Press
