_ Suporturi pe bază de carbon pentru electrocataliză în condiții relevante din punct de vedere industrial

Materiale de carbon, datorită caracteristicilor lor fizico-chimice adecvate, cum ar fi suprafața mare, structura porilor reglabile, morfologie variabilă și proprietăți de suprafață multifuncționale bazate pe modificări chimice, cost redus și ușurință de preparare din diferiți precursori, sunt materiale purtătoare ideale pentru componentele metalice funcționale.

În special în sistemele electrochimice (cum ar fi celulele de combustibil cu membrană schimbătoare de protoni, PEMFC și electroliza apei cu membrană schimbătoare de protoni, PEMWE), materialele de carbon joacă un rol vital deoarece pot servi ca purtători conductivi pentru componentele metalice active.

Cu toate acestea, în literatura de specialitate în creștere rapidă în domeniul electrocatalizei, majoritatea studiilor se concentrează în mod obișnuit pe metale funcționale sau componente de oxid de metal susținute de carbon comercial. Rolul materialelor de carbon ca suport și impactul lor asupra performanței catalitice nu a primit suficientă atenție, justificând mai multe eforturi de cercetare atât din partea mediului academic, cât și din partea industriei.

Această recenzie, publicată în revista Science China Chemistry, a fost condusă de Prof. Wei Lin (Institutul de Cercetare SINOPEC pentru Prelucrarea Petrolului) și Prof. Lichen Liu (Departamentul de Chimie, Universitatea Tsinghua).

Prof. Wei Lin și Prof. Lichen Liu au încercat să abordeze subiectul dintr-o perspectivă industrială, discutând parametri-cheie care pot fi măsurați sau studiați direct în experimente pentru a dezvălui relația sinteză-structură-performanță.

Lucrul introduce sistematic. și explică aplicarea materialelor purtătoare de carbon în domeniul electrochimic în condiții relevante din punct de vedere industrial și provocările existente și direcțiile viitoare de descoperire din șase aspecte: conductivitate electrochimică, compoziție chimică, stabilitate în condiții industriale, transfer de masă, sinteză în vrac și înțelegere aprofundată. .

În sfârșit, pe baza cunoștințelor și experienței acumulate în activitățile industriale de cercetare și dezvoltare, autorii propun următoarele standarde critice pe care suporturile de carbon în dispozitivele electrocatalitice practice trebuie să le îndeplinească: (1) suprafață specifică > 60 m²/ g; (2) rezistivitate electrică <2,5 Ω·m; (3) dimensiunea particulelor de carbon primar < 50 nm; (4) reciclabilitate peste 5000 de cicluri (la 1,0-1,5V); (5) costă sub 4.000 USD/tonă.

În mod specific, autorii sugerează, de asemenea, o dimensiune a particulelor de carbon primar < 50 nm, deoarece particulele mai mici pot îmbunătăți conductivitatea și vâscozitatea, pot îmbunătăți rezistența la intemperii, pot oferi o mai bună întărire și pot crește rezistență la tracțiune și rezistență la abraziune. În plus, dimensiunea mai mică a particulelor este corelată cu o suprafață specifică mai mare, facilitând încărcarea densă cu platină și construcția de straturi subțiri de catalizator.

Acești indicatori cheie pot servi ca parametri de ghidare pentru dezvoltarea purtătorilor de carbon avansați pentru PEMFC. și dispozitivele PEMWE. Primul autor al lucrării este Dr. Xue Yang de la Sinopec Research Institute of Petroleum Processing.

(Fluierul)