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为解决 PEMFC 中铂催化剂成本高及载体易腐蚀问题，研究人员对黑珍珠 2000 炭黑进行不同温度热处理，用作铂催化剂载体研究。结果显示，1200°C 热处理的 Pt/BP 2000–1200 催化剂性能最佳。该研究为 PEMFC 阴极电极催化剂性能提升提供参考。
在能源领域，质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种高效、环保的能源转换装置，备受关注。它能将燃料的化学能直接转化为电能，且以氢气为燃料时，产物仅为水，十分清洁。然而，PEMFC 的商业化进程却困难重重，其中一大关键阻碍就是铂（Pt）催化剂的高昂成本。同时，在 PEMFC 严苛的运行环境下，催化剂载体材料容易发生腐蚀，导致催化剂纳米颗粒（NPs）损失，进一步影响电池性能和使用寿命 。
在这样的背景下，来自国外的研究人员开启了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦在具有高比表面积的黑珍珠（BP）2000 炭黑上，试图通过对其进行热处理，改善 PEMFC 阴极电极催化剂的性能。研究人员对 BP 2000 炭黑分别在 1000°C、1200°C、1400°C 和 1500°C 进行热处理，随后采用微波辅助多元醇法将 Pt NPs 分散在处理后的样品上，制备出不同的 Pt 催化剂。相关研究成果发表在《Applied Surface Science》上。
研究中，研究人员用到了几种关键技术方法。首先是对 BP 2000 炭黑进行不同温度的热处理，在密封的炉内，通入氮气保护，达到指定温度后保持 1 小时。其次，运用微波辅助多元醇法实现 Pt 催化剂在载体材料上的沉积。最后，采用多种电化学测试手段，如线性扫描伏安法（LSV）、电化学阻抗谱（EIS）等对制备的 Pt 催化剂进行性能评估 。
研究结果如下：
- zeta 电位研究：zeta 电位研究表明，Pt/BP 2000–1200 催化剂的等电点（IEP）最高，意味着其表面酸性氧基团比其他催化剂更少。
- 电化学表面积（ECSA）测量：不同催化剂的 ECSA 值有所差异，Pt/BP 2000、Pt/BP 2000–1000、Pt/BP 2000–1200、Pt/BP 2000–1400 和 Pt/BP 2000–1500 催化剂的 ECSA 值分别为 114.9、76.2、47.1、41.8 和 38.4 m2/g 。
- 线性扫描伏安法（LSV）分析：在 LSV 分析中，Pt/BP 2000–1200 催化剂展现出最高的极限扩散电流值，达到?3.581 mA/cm2（@1600 rpm）。
- 电化学阻抗谱（EIS）分析：EIS 分析显示，Pt/BP 2000–1200 催化剂在高频区域的欧姆电阻最低。
- PEM 燃料电池实验：在 PEM 燃料电池实验中，Pt/BP 2000–1200 催化剂性能卓越。在 0.6 V 和 0.1 V 的保留电位下测量，其电流和功率密度值分别为 360.3/686.4 mA/cm2（@0.6 V）和 215.5/410.5 mW/cm2（@0.6 V） 。
综合研究结果可以得出结论：热处理能够增强催化剂载体的结构规则性，相比原始炭黑，显著提升了 PEM 燃料电池的性能。在研究的几个热处理温度中，1200°C 是处理 BP 2000 炭黑的最佳温度，经此温度处理的 Pt/BP 2000–1200 催化剂在各项测试中表现最为优异。这一研究成果意义重大，为 PEMFC 阴极电极催化剂的优化提供了关键参考，有助于推动 PEMFC 的商业化进程，在能源领域具有广阔的应用前景。未来，基于此研究，科研人员有望进一步探索更高效、低成本的催化剂载体处理方法，为可持续能源发展注入新的活力。
