分会场

燃料电池与储能

摘要

聚合物燃料电池催化层一般由纳米级别的电催化剂（Pt颗粒）附着在炭黑表面构成。催化层通常和诸如Nafion的离子聚合交联物粘连在一起。由离聚物覆盖的碳催化块可使质子进行有效传导。但是在没有离聚物覆盖催化层时，质子传导机制尚不清楚。目前主要假设有氢离子表面吸附机制和以水为媒介的表面质子迁移机制。本文从原子级别尺度分别建立了催化层中C表面和Pt表面模型，通过第一性原理（DFT）进行从头算分子动力学计算，探究无离聚物部分的质子传递机制。我们发现质子主要以水合氢离子的形式通过氢键网络进行传递，即以水为媒介进行传递，证实了第二种猜想。此外，我们还发现C表面的质子传递更加频繁，溶剂的热运动更加剧烈。而Pt表面的氢键网络更加发达，结构化更加严重，水分子分层现象更加明显，导致Pt表面的质子传递比较困难。

关键词

质子交换膜燃料电池;从头算分子动力学;质子传递;催化层界面

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