过程工程学报 ›› 2023, Vol. 23 ›› Issue (4): 602-615.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222142
白烁1,2, 王昊2,3, 许光文1, 杨冰冰2,5, 康振烨4, 崔佳瑶2,5, 李晨浩2, 陈庆军6*, 刘艳荣2,3*
Shuo BAI1,2, Hao WANG2,3, Guangwen XU1, Bingbing YANG2,5, Zhenye KANG4, Jiayao CUI2,5, Chenhao LI2, Qingjun CHEN6*, Yanrong LIU2,3*
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][NTf2], [BIM][NTf2])和两种疏水非质子型ILs ([EMIM][NTf2], [BMIM][NTf2]),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][NTf2]@Pt/C)活性最高。在酸性半电池中ORR半波电位高达0.913 V (vs. RHE),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][NTf2]@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。