往期的知识分享介绍了三相界面对PEM燃料电池与水电解膜电极活性的影响。三相界面是催化层、气体、液体共存的界面，是反应进行的场所。如图1所示，催化层是由催化剂浆液（催化剂、离聚物、分散溶剂分散均匀的悬浊液体系）完全蒸干溶剂后，通过分子间作用力自组装形成的多孔网络结构。因此，催化剂浆液对三相界面的构筑起着举足轻重的作用。
图1.浆液蒸发溶剂形成催化层的过程。
（1）离聚物-催化剂粒子相互作用
添加离聚物可以降低浆液中的催化剂聚集尺寸，从而提升浆液稳定性与催化层均匀性。以Pt/C催化剂浆液为例，离聚物在碳载体和Pt粒子上都会发生吸附。其中，离聚物疏水主链牢固地锚定在疏水碳的表面，而亲水支链的磺酸基团、醚基的氧原子则吸附在Pt粒子上。可以将被离聚物包裹的催化剂整体看作溶剂化的催化剂颗粒。吸附的磺酸基团在分散介质中发生解离，溶剂化的催化剂颗粒带上负电荷。吸附的离聚物越多，颗粒表面的负电荷越多，颗粒之间的静电排斥力越强，浆液体系则越稳定。此外，离聚物吸附带来的空间位阻效应也阻止了颗粒的团聚，增强了浆液体系的抗沉降性。但过多的离聚物含量会导致活性位点被掩盖，即离聚物毒化效应。因此，需调整合适的催化剂、离聚物比例（I/C比），使得既能形成均匀的催化层网络，又不影响反应物到达活性位点表面。
（2）分散介质的影响
离聚物侧链上的极性基团舒展在分散介质（溶剂）中，因此溶剂的物理特性与浆液的分散均匀性有着重要联系。溶剂中的水醇比、醇种类会影响溶剂的亲疏水性、介电常数等，从而影响离聚物的溶剂化作用。如图2所示，Van Cleve等人的研究指出（ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11），溶剂中水含量越低，自聚的离聚物越多，而Pt/C催化剂上覆盖的离聚物越少，这会导致催化剂颗粒团聚成较大尺寸。大尺寸的催化剂颗粒可能会因为扩散不均匀导致局部缺陷和催化层裂缝的形成。
图2.在不同水含量中离聚物的聚集情况
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