2023年7月10日，北京理工大学王博教授和王璐助理教授在清华大学主办的高起点新刊Nano Research Energy发表题为“Experimental and numerical efforts to improve oxygen mass transport in porous catalyst layer of proton exchange membrane fuel cells”的最新综述。
    日益加剧的能源危机和环境污染问题促使国内外大力开发可持续清洁能源。利用氢能的质子交换膜燃料电池（PEMFC），由于其高能效、高能量密度、低操作温度以及清洁和环境友好的特性，在电动汽车、固定电站、航空航天等领域有着广泛的应用前景。然而成本和耐久性仍然是PEMFC商业化发展进程的两大难题。为了降低燃料电池的成本，科研工作者发展了多种催化剂和催化层结构以减少阴极催化层铂载量(<0.1 mgPt cm–2)。诸多研究表明阴极铂载量的降低会引发阴极氧气传输阻力的急剧增大，从而造成燃料电池性能的急剧下降，因此质子交换膜燃料电池阴极催化层内氧气传输阻力的调控对实现低铂载量下燃料电池的优越性能至关重要。

图1. 质子交换膜燃料电池阴极催化剂层中氧气传质阻力的优化策略分类。

    在这篇综述中，王博教授团队分别从实验和数值模拟层面总结了燃料电池阴极多孔催化层内降低氧气传质阻力，提高氧气传质速率的常用策略、作用机制与最新进展，并阐述了实验研究与数值模拟亟待解决的困难和未来研究方向。从实验层面来看，对比宏观组分含量调整，改变碳载体自身的孔道结构和离聚物的结构及属性以优化三相界面的微观调整策略更能实现低铂载量下的氧气传质优化。燃料电池催化层的数值模拟经历了从宏观均质到介观多孔再到微观分子层面发展过程，研究揭示了考虑微观多孔结构对研究催化层内氧气传质的重要性。发展耦合不同尺度下的多相输运机理模型有望为准确掌握燃料电池催化层内部复杂电化学相变传输过程提供有力支撑，为催化层设计提供理论指导。


论文标题：
Experimental and numerical efforts to improve oxygen mass transport in porous catalyst layer of proton exchange membrane fuel cells
论文网址：
https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120085
DOI：10.26599/NRE.2023.9120085
论文引用：
Ni Z, Han K, Chen X, et al. Experimental and numerical efforts to improve oxygen mass transport in porous catalyst layer of proton exchange membrane fuel cells. Nano Research Energy, 2023, https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120085

2019自然科学基金面上项目-面向战剂降解的氨基酸功能化仿酶金属有机框架研究
批准号        21971017       
学科分类        配位聚合物 ( B010505 )
项目负责人        王博       
依托单位        北京理工大学
资助金额        65.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日

报告人：王博    教授 （北京理工大学）
报告时间：4月12日（周五）晚7:00
报告地点：南开大学石先楼二楼学术报告厅
简历
      王博，1982年生于陕西。北京理工大学前沿交叉科学研究院执行院长，校学术委员会学部委员, 教授。国家万人计划领军人才，国家杰出青年基金获得者，科技部中青年科技创新领军人才。获 “中国化学会青年化学奖”。现任国际IZA 学会MOF Commission常务理事，中国交通部环境与可持续发展学会常务理事，中国化学快报、中国化学学报和Scientific Reports 等杂志编委。2004年于北京大学化学与分子工程学院获理学学士学位，2006年于美国密歇根大学获化学材料学硕士学位，2008年于美国加州大学洛杉矶分校获化学材料学博士学位。
      王博教授立足新型金属有机框架(MOF)、配位聚合物薄膜材料(MOFilter)，面向重大国家需求，在污染治理、绿色储能、能源气体生产与储存等领域取得了系列科研成果。现主持解放军重大研究计划、国家自然科学基金委课题、北京市新材料重大专项、973课题等科研项目。 已在Nature、Science、JACS、Angew.等学术期刊上发表60余篇论文，论文SCI他引超过7000次，单篇最高他引1800次。已经获批美国专利6项，获批中国发明专利3项。研究成果受到国内外学者的认可和关注，被国际专业期刊多次评述报道。空气滤膜技术已经与相关企业合作，实现规模化生产。

电化学储能（EES）技术在推动现代社会发挥重要作用。在各种EES技术中，金属-空气电池在高体积、重量、能量密度方面具有前景。在飞机，航天飞机，潜艇等密闭空间内，迫切需要高能量密度的便携式电池。在这种情况下，金属空气尤其是锂空气电池是非常有前景的。提高Li-CO2电化学的可逆性和能量效率将有助于开发存在CO2时提供稳定电源的实用锂空气电池。然而，大多数现有的电极难以有效（高放电容量）和高效（低电荷电位）地转换CO2。

                                                            

近日，北京理工大学王博、周俊文团队首次发现金属-有机框架（MOFs）作为利用它们的高捕获能力和Li2CO3分解的单分散活性金属位点CO2电极中的多孔催化剂的潜力。具体地工作是对八种多孔MOFs，Mn2（dobdc），Co2（dobdc），Ni2（dobdc），Mn（bdc），Fe（bdc），Cu（bdc），Mn（C2H2N3）2，Mn（HCOO）2和两种无孔材料MnCO3和MnO进行了研究。其中，Mn2（dobdc）在50 mA g-1下达到18022 mA hg-1的显著放电容量，而Mn（HCOO）2即使在超过50次循环200 mA g-1下也能保持〜4.0 V的低电荷电位。利用一系列表征技术，包括X射线衍射，扫描电子显微镜，电化学阻抗谱，拉曼光谱和原位差示电化学质谱，研究了MOFs电极上的Li-CO2电化学行为。相关成果以题为“Carbon Dioxide in the Cage: Manganese Metal-Organic Frameworks for High Performance CO2 Electrodes in Li-CO2 Batteries”发表在了Energy & Environmental Science上。