MTBD-TFSI离子液体强化燃料电池Pt/C氧还原催化反应活性研究

摘要

离子液体（ILs）在Pt/C电极上被尝试用来促进氧还原反应（ORR）。为更好了解构成ILs不同阴、阳离子对ORR催化反应活性的影响，研究了[MTBD]⁺、[BMIM]⁺与[TFSI]^-、[BETI] ^-、[C₄F₉SO₃] ^-的不同离子组合对电化学行为的影响，发现阳离子结构的影响大于阴离子，并且[MTBD]⁺系列的影响比[BMIM]⁺系列强，在动力学和高电流密度方面都证明了结合ILs修饰可以提高质子交换膜燃料电池性能。

包含MTBD在内不同离子的化学结构

MTBD-TFSI等离子液体及其结构表征

[BMIM][BETI]、[BMIM][TFSI]、[MTBD][BETI]等离子液体（ILs）的纯度确定可参考Monionic®执行的《KF-HNMR法离子液体纯度分析与测定》，通过[MTBD][BETI]的H-NMR图谱所标记出的不同氢对应的化学位移不难初步评估出对应离子液体（ILs）的大概纯度，结合红外可见光谱（ATR-FTIR），不难发现不同结构的差异主要表现在诸如[BETI]中的-C-C-F键和[MTBD]+中的-C=C-键。

[MTBD][BETI]的1H NMR（溶剂：DMSO-d6）

[bmim][beti]、[bmim][TFSI]、[bmim][C4F9SO3]、[MTBD][beti]、[MTBD][TFSI]、[MTBD][C4F9SO3]的ATR-FTIR谱图

结合MTBD-TFSI等离子液体修饰的Pt/C循环伏安法分析

结合离子液体修饰的Pt/C循环伏安图如图所示，疏水离子液体的加入降低了铂氧化区的阳极电荷和Hupd区的氢吸附电荷。[bmim]+系列的氢吸附谱是相同的，但比[MTBD]+的系列要小。阳离子对氢吸附量的影响大于阴离子，氢在高氯酸中显示了对Pt（110）的急剧吸附。掺入[bmim]+ILs后，标志性的氢吸附峰仍然存在，只是面积减少了。相反，掺入[MTBD]+ILs后，吸附峰变得更宽且形状更小。据推测，[MTBD]+ILs可能抑制Pt(110)上的氢吸附，这可能是由于[MTBD]+在Pt上的键比[bmim]+更强。

Pt/C (JohnsonMatthey Hispec 3000) and Pt/C-ILs in N2-saturated 0.1M HClO4循环伏安法测试. Scan rate: 50 mVs