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燃料電池應(yīng)用相當(dāng)廣泛，具有工作溫度低和啟動時間短的優(yōu)勢。傳導(dǎo)膜通常由碳載體、鉑粒子、離子導(dǎo)電膜和粘合劑組成。碳載體作為電導(dǎo)體(允許電子通過)，而鉑粒子作為催化反應(yīng)位點，離子膜為質(zhì)子傳導(dǎo)提供了途徑。

鉑碳(Pt/C)催化劑的顆粒大小影響催化劑與離子膜之間的相互作用、催化劑層的厚度、離子分布、氧的擴散，從而也影響最終電池的性能。

zeta電位是影響粒子團聚行為的一個參數(shù)，通過zeta電位可以了解膠體分散體的穩(wěn)定性。

Pt/C催化劑的粒徑分布較窄，且兩種分散劑內(nèi)的粒徑均較小，碳的粒徑和多分散度指數(shù)(PDI)均顯著增加。在Pt/C催化劑中，Pt涂層可降低或抑制pH依賴性碳團的形成。

從體積分布來看，無催化劑炭黑的平均直徑明顯更高，形成更大的團塊。由跨度值表示的粒徑分布寬度在兩個樣品之間是可比較的。

鉑顆粒增加了碳載體的表面積，提高了反應(yīng)速率，有利于催化活性。

圖4. 炭黑和Pt/C催化劑zeta電位隨pH的變化

樣品的zeta電位的絕對值隨pH的降低而減小，pH低于4時加速減小。尤其是對于炭黑，zeta電位的絕對值小表明顆粒間的排斥力較小，顆粒開始凝聚。

雖然兩個樣本的zeta電位都有下降的趨勢，Pt / C催化劑更負 (- 40 mV)，與炭黑相比表明更高的穩(wěn)定性和形成更小的團聚體的概率。

圖5顯示了zeta電位隨超過3的pH值的變化關(guān)系。IEP從參考膜的pH值1.5轉(zhuǎn)移到較高的pH值3.5-4。zeta電位的變化表明涂層發(fā)生了變化。

此外，兩種覆膜的IEP表現(xiàn)出輕微的差異。對于含碳量較低的膜(灰色)，IEP發(fā)生在稍低的pH值(3.5)。

在該區(qū)域，通過查看pH值低于4的Litesizer 500數(shù)據(jù)，Pt/C催化劑的團聚體尺寸較小(HDD?0.3 μm)。這表明，在該酸性區(qū)域進行涂層，最終涂層具有較好的均勻性。涂層的均勻性影響催化劑層的功能。

在第二次測量中，通過zeta電位隨時間變化的測試，考察了pH為4時催化劑涂層在水中的穩(wěn)定性。被涂膜的zeta電位向更小的負值偏移，證實了發(fā)生了涂層。在20分鐘的平衡時間后，膜達到一個平臺，這表明涂層的穩(wěn)定性隨著時間的推移。 

• 燃料電池中質(zhì)子交換膜的效率與催化劑的粒徑和穩(wěn)定性密切相關(guān)。

• 通過不同的pH值下對顆粒進行粒徑及zeta電位研究可以找到合適的pH值，保證之后涂覆工藝的效果。

• 通過Litesizer以及PSA的配合，充分了解了該催化劑中顆粒粒徑的分布，并研究了小顆粒團聚之后的大小。

• 通過Surpass 3測得的IEP位移和表面zeta電位值不僅提供了涂層的信息，而且還顯示了碳含量對涂層的影響。