Les matériaux carbonés, en raison de leurs caractéristiques physicochimiques appropriées telles qu'une surface spécifique élevée, une structure de pores ajustable, une morphologie variable et des propriétés de surface multifonctionnelles basées sur des modifications chimiques, un faible coût et une facilité de préparation à partir de divers précurseurs, sont des matériaux de support idéaux pour les composants métalliques fonctionnels. .
En particulier dans les systèmes électrochimiques (tels que les piles à combustible à membrane échangeuse de protons, PEMFC, et l'électrolyse de l'eau à membrane échangeuse de protons, PEMWE), les matériaux carbonés jouent un rôle essentiel car ils peuvent servir de supports conducteurs pour les composants métalliques actifs.
Cependant, dans la littérature en croissance rapide dans le domaine de l’électrocatalyse, la plupart des études se concentrent généralement sur les composants fonctionnels en métal ou en oxyde métallique supportés par du carbone commercial. Le rôle des matériaux carbonés en tant que supports et leur impact sur les performances catalytiques n'ont pas reçu suffisamment d'attention, ce qui justifie davantage d'efforts de recherche de la part du monde universitaire et de l'industrie.
Cette revue, publiée dans la revue Science China Chemistry , était dirigé par le professeur Wei Lin (Institut de recherche SINOPEC sur le traitement du pétrole) et le professeur Lichen Liu (Département de chimie, Université Tsinghua).
Les professeurs Wei Lin et Lichen Liu ont tenté d'aborder le sujet d'un point de vue industriel, en discutant des paramètres clés qui peuvent être directement mesurés ou étudiés expérimentalement pour révéler la relation synthèse-structure-performance.
L'article présente et explique systématiquement l'application des matériaux porteurs de carbone dans le domaine électrochimique dans des conditions industrielles pertinentes ainsi que les défis existants et les futures orientations révolutionnaires sous six aspects :conductivité électrochimique, composition chimique, stabilité dans des conditions industrielles, transfert de masse, synthèse en masse et compréhension approfondie.
Enfin, sur la base de leurs connaissances et de leur expérience accumulées dans les activités de R&D industrielles, les auteurs proposent les normes critiques suivantes auxquelles les supports de carbone dans les dispositifs électrocatalytiques pratiques doivent répondre :(1) surface spécifique> 60 m²/g; (2) résistivité électrique <2,5 Ω·m ; (3) taille des particules de carbone primaire <50 nm ; (4) recyclabilité sur 5 000 cycles (à 1,0-1,5 V); (5) coût inférieur à 4 000 $/tonne.
Plus précisément, les auteurs suggèrent également une taille de particule de carbone primaire <50 nm, car des particules plus petites peuvent améliorer la conductivité et la viscosité, améliorer la résistance aux intempéries, fournir un meilleur renforcement et augmenter la résistance à la traction et à l'abrasion. De plus, une taille de particule plus petite est corrélée à une plus grande surface spécifique, facilitant une charge dense en platine et la construction de fines couches de catalyseur.
Ces indicateurs clés peuvent servir de paramètres directeurs pour le développement de supports de carbone avancés pour les dispositifs PEMFC et PEMWE. Le premier auteur de l'article est le Dr Xue Yang de l'Institut de recherche Sinopec sur le traitement du pétrole.
Plus d'informations : Xue Yang et al, Supports à base de carbone pour l'électrocatalyse dans des conditions industriellement pertinentes, Science China Chemistry (2023). DOI : 10.1007/s11426-023-1887-7
Fourni par Science China Press
