开发低铂用量，高效且耐用的质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂，这对于降低PEMFC整体成本至关重要。在此，开发了超低铂负载(1 wt%)多孔碳催化剂，用于高性能PEMFC，该多孔碳具有可控的通道直径(Dch = 13–63nm)，由嵌段共聚物颗粒调控。当通道直径Dch为63nm时，基于相应催化剂的单电池产生的初始最大功率密度为1230 mW cm−2，在H2/O2气氛下循环30，0 00次后仍显示出1120 mW cm−2的功率密度，证明其高耐久性，该性能优于商用Pt/C催化剂(尽管Pt载量仅为Pt/C的1/20)。此外，在H2/空气气氛中循环30，0 00次后，催化剂仍显示出出色的性能（51 kW g_Pt^-1 )，这是迄今为止报道的最高性能。多孔碳颗粒的通道结构和大的通道直径Dch可以改善质子和质量传输动力学，这是功率密度大幅度提高的关键。
 
 
Figure 1. PtFe负载的介孔碳颗粒(CMC-PtFe)合成示意图：具有开口的通道结构 ，不同的通道直径Dch = 13, 23, 40, 和63 nm。
 
 
Figure 2. CMC颗粒的结构表征。CMC颗粒在不同通道直径Dch时的 a–d) TEM 图和e–h) 横截面 TEM图。i) N2吸脱附曲线和 j) 孔径分布。
 
  
Figure 3. CMC-PtFe 用作阴极时，单电池性能评估。a，d) 单电池的极化曲线和b，e）功率密度曲线。c）比较了BOL/EOL质量活性。f) 比较了BOL/EOL每克Pt的功率。
 
 
Figure 4. Dch对质子交换膜燃料电池传质的影响。a) 通过从H2/O2电池电压中减去H2/空气电池电压获得的O2增益。b) 所计算的动力学、质子转移、HFR和质量传输超电势。
  
      该研究工作由韩国科学技术研究院Bumjoon J. Kim和Hyunjoo Lee课题组于2021年发表在Adv. Energy Mater.期刊上。原文：Ultra-Low Pt Loaded Porous Carbon Microparticles with Controlled Channel Structure for High-Performance Fuel Cell Catalysts。

转自《石墨烯研究》公众号