一维纳米结构阵列在PEMFC中的研究进展与应用探索

"本文主要探讨了一维纳米结构阵列在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的应用和研究进展，重点关注了一维Pt基纳米结构阵列作为电极材料的性能优势。文章由伯明翰大学化学工程学院的杜尚峰等人撰写，详细介绍了基于一维纳米结构阵列的三维有序电极的发展，这些电极对于提高PEMFC的性能具有重要意义。" 一维纳米结构阵列在PEMFC中的应用 一维纳米结构阵列，如铂(Pt)纳米线，因其独特的几何形状和高比表面积，展现出优异的催化活性，特别适用于氧还原反应(ORR)，这是PEMFC的关键步骤。这些结构能够提供更多的活性位点，从而提升电池的催化效率和整体性能。 3D有序电极的进展 3D有序电极利用一维纳米结构阵列构建，提高了电化学表面积(ECSA)并优化了气体扩散路径，降低了传质阻力。例如， Pt基纳米颗粒被沉积在聚合物、碳或二氧化钛纳米线阵列上形成的纳米结构薄膜(NSTF)催化剂，可以显著改善电极性能。 纳米结构的控制因素 研究指出，一维催化剂纳米结构的尺寸、表面性质和分布对催化效果至关重要。优化这些参数有助于进一步提高ORR效率，同时减少昂贵的贵金属Pt的使用量。 挑战与未来发展 尽管取得了一些进展，但仍然面临一些挑战，如如何精确控制一维纳米结构的制备，以实现最佳的ECSA，以及量化氧传质阻力。此外，稳定性和耐久性也是需要解决的关键问题。未来的研究可能集中在开发新的合成方法，以获得更稳定的纳米结构，并探索非Pt催化剂替代品，以降低成本并提高燃料电池的经济性。 总结 一维纳米结构阵列在PEMFC领域的应用展示了巨大的潜力，它们可以提升电池的效率和性能，同时减少对Pt的依赖。然而，持续的技术创新和材料优化仍然是推动这一领域前进的关键。通过解决现有挑战，这种技术有望在清洁能源领域发挥重要作用，促进PEMFC在移动电源、分布式发电等领域的广泛应用。