图片来源：筑波大学
由筑波大学领导的研究小组成功开发了一种新方法，可以防止大燃料分子的交叉并抑制使用甲醇或甲酸的先进燃料电池技术中电极的降解。
燃料分子的成功筛分是通过选择性质子转移实现的，这是由于具有化学功能化并充当质子交换膜的 多孔石墨烯片上的空间位阻所致。
为实现碳中和，开发直接甲醇/甲酸燃料电池技术的需求不断增加。在该技术中，甲醇或甲酸被用作电子燃料来发电。
燃料电池通过质子转移发电；然而，传统的质子交换膜会遭受“交叉现象”，即燃料分子也在阳极和阴极之间转移。此后，燃料分子被不必要地氧化并且电极失活。
在发表在《Advanced Science》上的一项研究中，研究人员开发了一种新型质子交换膜，该膜由具有 5-10 nm 直径孔的石墨烯片组成，该膜通过磺基官能团进行化学修饰，在孔周围提供磺基。
研究人员表示，由于官能团的空间位阻，石墨烯膜通过阻止燃料分子的渗透成功地抑制了交叉现象，同时保持了高质子传导性，这可能是第一次。
迄今为止，抑制燃料分子迁移的传统方法涉及增加膜厚度或夹入二维材料，这反过来又降低了质子电导率。
在这项研究中，研究人员研究了通过电渗阻力和空间位阻抑制燃料分子迁移的结构。因此，他们发现，与市售的Nafion膜相比，磺胺官能化石墨烯膜可以显着抑制电极退化，同时保持燃料电池所需的质子传导性。
此外，简单地将石墨烯膜粘贴到传统的质子交换膜上就可以抑制交叉现象。因此，这项研究有助于开发先进燃料电池作为氢型燃料电池的新替代品。
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Samuel Jeong et al, Suppression of Methanol and Formate Crossover through Sulfanilic‐Functionalized Holey Graphene as Proton Exchange Membranes, Advanced Science (2023). DOI: 10.1002/advs.202304082
Journal information: Advanced Science
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