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低Pt燃料電池に向けたカーボン担体の細孔閉じ込めによるアイオノマー酸素輸送の促進

Boosting Ionomer Oxygen Transport via Pore Confinement in Carbon Supports for Low-Pt Fuel Cells (原題)

Pengyu Song, Zhaojing Ni, Xiaotao Liu, Cailin Xiao, Lin Zeng, Bo Wang, Lu Wang

Journal of the American Chemical Society📚 査読済 / ジャーナル2026-10-21#水素Origin: CN経営インパクト: コスト削減対象セクター: automotive
DOI: 10.1021/jacs.6c15603
原典: https://doi.org/10.1021/jacs.6c15603

🤖 gxceed AI 要約

日本語

低白金PEM燃料電池の性能律速となるアイオノマー被覆触媒表面の酸素輸送を改善するため、多孔質カーボン担体内のPtナノ粒子の位置(外表面か内部細孔か)を制御する細孔閉じ込め戦略を提案。内部細孔に閉じ込めたPtはアイオノマー骨格の密充填を乱し酸素透過性を高め、H2-空気下でピーク出力密度が約1.3倍向上した。性能向上は触媒活性ではなく酸素輸送改善に由来することを電気化学分析とMDシミュレーションで示した。

English

The authors control the spatial location of Pt nanoparticles (external surface vs. internal nanopores) in porous carbon supports to improve oxygen transport through dense ionomer films in low-Pt PEMFCs. Pore-confined Pt disrupts ionomer backbone packing, raising oxygen permeability and boosting peak power density ~1.3x under H2-air, with gains traced to transport rather than catalytic activity. This establishes catalyst locality as a design lever for interfacial mass transport.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

水素社会実装の鍵となる燃料電池の低Pt化・高性能化に資する材料設計指針であり、日本の水素・燃料電池産業戦略やモビリティ脱炭素の技術基盤として読む価値がある。

In the global GX context

Low-Pt PEMFC advances support the global hydrogen transition and cost reduction of fuel-cell deployment, relevant to decarbonization pathways in transport and stationary power.

👥 読者別の含意

🔬研究者:触媒局在とアイオノマー組織が界面酸素輸送に与える影響を定量化した材料設計の知見。

🏢実務担当者:燃料電池の低Pt化によるコスト低減と出力向上の設計指針として参考になる。

📄 Abstract(原文)

Abstract Low-Pt proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are promising for hydrogen energy implementation, yet oxygen transport through ionomer-covered catalyst surfaces becomes increasingly limiting due to the resistance associated with dense ionomer films. Herein, we demonstrate a pore-confinement strategy to manipulate the spatial locality of Pt nanoparticles within porous carbon supports, enabling simultaneous regulation of ionomer distribution and molecular organization. Pt nanoparticles were selectively positioned on the external surfaces (Ptext/PC) or within the internal nanopores (Ptint/PC) of otherwise comparable supports, while maintaining similar Pt loading, particle size, and pore characteristics. Under H2-air condition, Ptint/PC delivered a peak power density ∼1.3 times higher than that of Ptext/PC, but a similar current density in the high-voltage region. Electrochemical analyses reveal that the performance enhancement originates from improved oxygen transport rather than catalytic activity. Wide-angle X-ray scattering and molecular dynamics simulations reveal that the Pt nanoparticles confined within mesopores disrupt the dense packing of ionomer backbones, thereby boosting oxygen permeability at the catalyst–ionomer interface. By establishing a direct relationship between Pt locality, ionomer distribution, backbone organization, and oxygen transport, this work identifies catalyst locality as an effective parameter for engineering interfacial mass transport and provides a new design principle for low-Pt PEMFCs.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。