Nature Catalysis：环己醇封闭Nafion的磺酸基团，解锁Pt在膜电极组件中的ORR活性

铂基纳米材料被认为是质子交换膜燃料电池(PEMFC)最有效的催化剂。在旋转圆盘电极(RDE)中，所有基于铂的纳米颗粒都浸泡在液体电解质中，可以通过水合质子和电解质传输的溶解氧与溶液完全接触；对于膜电极(MEA)，质子输运发生在覆盖催化剂表面的全氟磺酸(PFSA)离聚体层(例如Nafion)上，并且气体O₂逐渐渗透通过覆盖的离聚体层(<10 nm厚)到达Pt表面。

磺酸基团在Pt表面的强烈吸附限制了Nafion离聚体的侧链亲水作用，从而降低了离聚体的微相分离，导致质量传输阻力进一步增加。此外，磺酸盐基团可以严重毒害铂位点，并显着降低铂的质量活性。因此，消除离聚体层对铂的有害影响，以彻底释放铂在MEA中的性能是一个很大的挑战。

基于此，重庆大学魏子栋、陈四国和中石化石油化工科学研究院郭琳等报道了一种阻断策略，用环己醇精确封闭Nafion的磺酸基团以提高Pt在MEA中的催化性能。

具体而言，环己醇的羟基氧通过配位作用与离聚体的磺酸氢连接，成功地将磺酸基从铂表面分离出来，释放出更多的铂活性中心；同时，环己醇的羟基氢被激活，在不失去磺酸基团质子传递能力的情况下增加了质子传递通道；

此外，具有椅型或船型构象的环己醇也嵌入离聚体链中，创造了一个非接触性的铂/离聚体空间，并促进了催化剂层中氧气的渗透。

基于上述改进，在环己醇催化剂层中，Pt表面的磺酸基团覆盖率降低到7%，远低于仅使用Nafion离聚体的催化剂层(21%)。在燃料电池实验中，与单独使用Nafion离聚体的MEA相比，用环己醇制备的MEA在动力学区域表现出明显的性能提高，并且表现出更好的质量输运性能。

最重要的是，在相应的MEA中，Nafion离聚体中的环己醇经过长期恒电位测试和30000个循环后显示出优异的稳定性。综上，该项工作表明封闭策略是释放铂催化活性和改善催化剂层传质性能的一种有效的方法。

Blocking the Sulfonate Group in Nafion to Unlock Platinum’s Activity in Membrane Electrode Assemblies. Nature Catalysis, 2023. DOI: 10.1038/s41929-023-00949-w