纳米结构无铂族金属催化剂及其在燃料电池电极结构中的集成

一种新型无铂族金属（PGM）催化剂纳米结构催化剂是由富氮有机前体和两种类型的二氧化硅基质的基础上合成的。电催化剂显示约100nm较大二氧化硅基质的中孔隙度，并显示出与组内开发的最先进催化剂相当的化学和电化学性能。

三维微型X射线计算机断层扫描（CT）揭示了所制造的气体扩散电极（GDE）的厚度不均匀形态，在MPL处具有较小且致密的催化剂聚集体。而较大的聚集体具有较大的空隙。所形成的电极结构呈现线性贯穿厚度孔隙率分布，平均聚集体为12.2μm，代表性体积为0.4μm，并且具有5.4的高弯曲度。在纳米尺度上，形态是均匀的，平均粒径为0.16μm，孔隙率为0.52。据观察，CL的第一半厚度更均匀，低曲折度为2，这也是中尺度纳米CT成像获得的弯曲度。然而，CL远离基材的部分极度不均匀，具有大的空隙，导致整体曲折度为5.4。保水曲线显示对宏观尺度的空间依赖性，相对较低的毛细管压力侵入这些孔隙。尽管用纳米CT获得的介孔结构很好地描述了较大聚集体内的形态，但微CT分辨率对于描述CL的完整厚度是必不可少的，对于不含PGM的材料，该分辨率的范围大约为100μm，同时大部分空间不均匀性都在宏观上发现。

当油墨直接沉积在膜上时，需要进一步的研究来了解CL形态。采用这种方法会在与MPL的接口处形成更大的空隙，从而导致在运输过程和水管理方面出现问题。此外，需要研究油墨（催化剂负载贯穿厚度变化）到膜和MPL上的组合涂层，其中界面间隙将在CL本身内。