织构气体扩散层表面氢氧燃料电池阴极超低Pt载量催化层的磁控溅射法制备

Ｖｏｌ．４０高等学校化学学报Ｎｏ．３２０１９年３月㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＣＨＥＭＩＣＡＬＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＥＳＥＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ㊀㊀㊀㊀㊀㊀５４２ ５４７㊀㊀ｄｏｉ：１０．７５０３／ｃｊｃｕ２０１８０４９１织构气体扩散层表面氢氧燃料电池阴极超低Ｐｔ载量催化层的磁控溅射法制备刘家明，傅凯林，张㊀泽，郭㊀伟，潘㊀牧（武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，燃料电池湖北省重点实验室，武汉４３００７０）摘要㊀采用磁控溅射技术在具有织构结构的气体扩散层（ＧＤＬ）表面制备了可应用于氢氧质子交换膜燃料电池的超低Ｐｔ载量阴极催化层，并通过ＳＥＭ㊁轮廓仪和ＸＲＤ等测试方法表征了ＧＤＬ及其载Ｐｔ后的形貌和物相，利用ＸＰＳ分析溅射Ｐｔ的化学价态，使用电池测试台表征其电池性能．测试结果表明，磁控溅射法在ＧＤＬ表面沉积的Ｐｔ催化层载量可控且分布均匀；与商业ＧＤＬ对比，Ｐｔ在织构ＧＤＬ表面具有更大的可附着面积．电池性能测试结果显示，当Ｐｔ载量为０ ０４ｍｇ／ｃｍ２时，以织构ＧＤＬ作基材的样品质量比功率高达２６ ２５ｋＷ／ｇＰｔ，远大于商业ＧＤＬ作基材时的１７ ７６ｋＷ／ｇＰｔ，也大于同等Ｐｔ载量下商业Ｐｔ／Ｃ催化剂的２４ ００ｋＷ／ｇＰｔ．关键词㊀磁控溅射；氢氧质子交换膜燃料电池；超低铂载量；织构气体扩散层中图分类号㊀Ｏ６４６㊀㊀㊀㊀文献标志码㊀Ａ㊀㊀㊀㊀收稿日期：２０１８⁃０７⁃０９．网络出版日期：２０１９⁃０１⁃２４．基金项目：国家自然科学基金（批准号：２１７０６２００）和中国博士后科学基金（批准号：２０１８Ｔ１１０８１３）资助．联系人简介：郭㊀伟，男，博士，副研究员，主要从事质子交换膜燃料电池研究．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｇｕｏｗｅｉ２０１６＠ｗｈｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）因具有广阔的应用前景而备受关注［１］．其中，氢氧ＰＥＭＦＣ由于具有更高的能量密度，在航空航天和潜艇潜航等特殊运行环境下拥有巨大的需求［２］．膜电极（ＭＥＡ）是氢氧ＰＥＭＦＣ的核心部件，一般采用贵金属Ｐｔ作为催化剂．氢氧膜电极通常采用气体扩散电极（ＧＤＥ）工艺制备，但这种工艺制备的阴极Ｐｔ载量较高（一般大于１ ０ｍｇ／ｃｍ２，多数在２ ０ ４ ０ｍｇ／ｃｍ２之间［３］），因此降低Ｐｔ载量依然是氢氧膜电极开发的主要研究方向［４，５］．为了达到降低Ｐｔ载量的目标，许多科研工作者致力于开发新型工艺来制备氢氧膜电极，如通过磁控溅射技术或喷涂技术改良ＧＤＥ工艺［６，７］或者采用三合一（ＣＣＭ）工艺［８，９］，其中磁控溅射沉积技术具有制备工艺简单㊁灵活性高㊁制备的催化剂材料形貌和结构可控㊁溅射基材种类多等优势，是实现超低Ｐｔ载量膜电极最有潜力的制备技术之一［１０］．以气体扩散层（ＧＤＬ）作为溅射基材，直接在ＧＤＬ表面沉积Ｐｔ的制备过程非常简单，更容易实现产业化，因此，已有大量关于在ＧＤＬ表面溅射沉积Ｐｔ制备低Ｐｔ载量膜电极的研究报道［１１ １５］．１９９７年，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ等［１１］首次用磁控溅射技术在ＧＤＬ表面沉积０ ０４ｍｇ／ｃｍ２超低载量Ｐｔ，但是由于电池内阻太高，导致电池性能较差．后来，Ｂｒａｕｌｔ等［１２］用低压超高频感应等离子溅射系统在ＧＤＬ表面溅射沉积０ ０８ｍｇ／ｃｍ２的Ｐｔ并用于电池阴极侧，在氢氧测试条件下，电压０ ６Ｖ时的电流密度为０ ６７Ａ／ｃｍ２，在高电流密度区域，电压下降非常迅速．在ＧＤＬ表面共溅射沉积Ｐｔ和Ｃ虽然可将Ｐｔ载量降低至０ ０１ｍｇ／ｃｍ２，但是并没有提升电池性能［１３］．Ｓｕｎｇ等［１４］用高压溅射技术在ＧＤＬ表面溅射沉积０ ０２ｍｇ／ｃｍ２的Ｐｔ并分别用于电池的阳极和阴极侧，在氢氧测试条件㊁电压为０ ６Ｖ时电流密度为０ ６５Ａ／ｃｍ２，最大功率密度为０ ４２Ｗ／ｃｍ２．上述研究报道均采用商业ＧＤＬ作为溅射基材，虽然可以实现超低Ｐｔ载量，但电池性能并不理想．商业化ＧＤＬ通常由基底和微孔层（ＭＰＬ）组成，基底通常采用碳布或碳纸材料，ＭＰＬ主要为碳粉与ＰＴＦＥ的混合物．目前，商业ＧＤＬ表面微孔层整体较为平整，作为溅射基底材料能为Ｐｔ粒子附着提供的面积较小，使Ｐｔ粒子更容易堆积，Ｐｔ的利用率受限．而在相同Ｐｔ载量下，织构ＧＤＬ表面呈高低起伏结构，能为Ｐｔ粒子附着提供更大的面积，使能参与催化反应的Ｐｔ的数量更多，大大提高Ｐｔ的利用率，从而提高电池性能．本文以采用丝网印刷涂布技术制备的织构ＧＤＬ为溅射基材，利用磁控溅射技术制备了超低Ｐｔ载量阴极催化层并应用于氢氧燃料电池，研究了溅射基材和溅射Ｐｔ载量对电池性能的影响，并与商业Ｐｔ／Ｃ催化剂的商业ＣＣＭ制备工艺进行了对比．１㊀实验部分１．１㊀试剂与仪器Ｐｔ靶（纯度９９ ９９％，贵研铂业股份有限公司）；Ｎａｆｉｏｎ溶液（质量分数０ ５％，美国Ｄｕｐｏｎｔ公司）；商业Ｐｔ／Ｃ（Ｐｔ质量分数２９ ７％，美国ＪｏｈｎｓｏｎＭａｔｔｈｅｙ公司）；ＭＰＬ浆料（质量分数：Ｃ８０％，ＰＴＦＥ２０％，武汉理工新能源有限公司）；商业ＧＤＬ（Ｓｉｇｒａｃｅｔ２５ＢＣ，美国ＳＧＬ公司）；东丽碳纸（Ｔｏｒｙ，日本东丽公司）．全自动磁控镀膜系统（ＴＲＰ⁃４５０，中国科学院沈阳科学仪器有限公司）；全谱直读等离子体发射光谱仪（Ｐｒｏｄｉｇｙ７，美国利曼⁃徕伯斯公司）；场发射扫描电子显微镜（ＺｅｉｓｓＵｌｔｒａＰｌｕｓ，德国蔡司公司）；转靶Ｘ射线衍射仪（Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ，德国布鲁克ＡＸＳ公司）；Ｘ射线光电子能谱仪（ＥＳＣＡＬＡＢ２５０Ｘｉ，美国赛默飞世尔科技有限公司）；光学轮廓仪（ＮＰＦＬＥＸ３Ｄ，美国布鲁克公司）；群翌测试系统（ＨＴＳ⁃１２５，中国台湾群益公司，测试温度为８０ħ，阳极和阴极分别通入氢气和氧气，气体流量分别为２００和８０ｍＬ／ｓ，过量系数分别为１ ５和２ ０，背压均为１５０ｋＰａ，相对加湿度均为１００％）．１．２㊀载铂ＧＤＬ的制备利用全自动磁控镀膜系统制备载铂ＧＤＬ．选用尺寸为Φ６０ｍｍ的Ｐｔ靶，靶基距为９０ｍｍ，真空度为３ˑ１０－４Ｐａ，工作气压（Ａｒ）为２Ｐａ，直流电源溅射功率为２０Ｗ，溅射时间分别为２００和１２００ｓ，基体材料分别为商业ＧＤＬ和织构ＧＤＬ．其中织构ＧＤＬ是通过丝网印刷的方式将ＭＰＬ浆料涂覆在东丽碳纸表面，然后进行烘干处理而获得，从而使其ＭＰＬ表面具有织构结构．按图１所示的工艺流程制备样品，并分别标记为Ｃ⁃ＧＤＬ⁃２００ｓ（商业ＧＤＬ，溅射２００ｓ）㊁Ｃ⁃ＧＤＬ⁃１２００ｓ（商业ＧＤＬ，溅射１２００ｓ）㊁Ｔ⁃ＧＤＬ⁃２００ｓ（织构ＧＤＬ，溅射２００ｓ）和Ｔ⁃ＧＤＬ⁃１２００ｓ（织构ＧＤＬ，溅射１２００ｓ）．Ｆｉｇ．１㊀ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｐｕｔｔｅｒＰｔｏｎｔｈｅＧＤＬｓｕｒｆａｃｅ为了测定在ＧＤＬ表面溅射不同时间对应的Ｐｔ载量，对一系列载铂ＧＤＬ样品截取面积为２ｃｍˑ２ｃｍ的小块，并分别进行全谱直读等离子体发射光谱（ＩＣＰ⁃ＯＥＳ）测试，结果表明，溅射２００和１２００ｓ对应的Ｐｔ载量分别为０ ０４和０ ２４ｍｇ／ｃｍ２．１．３㊀膜电极的制备与测试选用Ｎａｆｉｏｎ２１１膜（美国Ｄｕｐｏｎｔ公司）作为质子交换膜，膜电极活性面积为５ｃｍˑ５ｃｍ．阳极侧选用商业Ｐｔ／Ｃ作为催化剂，Ｐｔ载量为０ ４ｍｇ／ｃｍ２，通过热压转印到膜的一侧表面，热压温度为１５０ħ，压力１ ５ＭＰａ，时间１５０ｓ；以商业ＧＤＬ作为气体扩散层；阴极侧选用上述４种载铂ＧＤＬ样品，喷涂质量分数为０ ５％的Ｎａｆｉｏｎ溶液后置于膜的另一面，制备成ＭＥＡ．另外，为了与商业Ｐｔ／Ｃ催化剂对比，阴极用Ｐｔ载量分别为０ ０４和０ ２４ｍｇ／ｃｍ２的商业Ｐｔ／Ｃ催化剂制备２个标准ＭＥＡ，分别标记为３４５㊀Ｎｏ．３㊀刘家明等：织构气体扩散层表面氢氧燃料电池阴极超低Ｐｔ载量催化层的磁控溅射法制备Ｐｔ／Ｃ⁃０ ０４和Ｐｔ／Ｃ⁃０ ２４．将制备的ＭＥＡ组装成单电池，使用群翌测试系统测试电池性能．２㊀结果与讨论２．１㊀载铂ＧＤＬ的表征为了研究不同ＧＤＬ表面溅射沉积Ｐｔ前后的形貌变化，对样品进行了ＳＥＭ测试，结果如图２所示．商业ＧＤＬ在低倍数下看表面较平整［图２（Ａ）］，在高倍数下可见碳颗粒尺寸约为３０ｎｍ［图２（Ｂ）］；由溅射２００ｓ时商业ＧＤＬ的ＳＥＭ照片可见，Ｐｔ覆盖在碳颗粒表面，使颗粒尺寸略微增大至５０ｎｍ左右；溅射１２００ｓ时的商业ＧＤＬ表面Ｐｔ载量增多，平均颗粒尺寸增大为９０ｎｍ［图２（Ｄ）］；织构ＧＤＬ在低倍数下呈高低起伏的网格状，方形格子边长约为１７５μｍ，沟壑宽度约为７５μｍ［图２（Ｅ）］，在高倍数下碳颗粒尺寸约为３０ｎｍ［图２（Ｆ）］；溅射２００ｓ时的织构ＧＤＬ颗粒尺寸约为５０ｎｍ［图２（Ｇ）］；溅射１２００ｓ时的织构ＧＤＬ颗粒尺寸约为９０ｎｍ［图２（Ｈ）］．可见，低倍数下织构ＧＤＬ与商业ＧＤＬ表面形貌差异较大，高倍数下溅射Ｐｔ前后的织构ＧＤＬ表面颗粒尺寸与商业ＧＤＬ基本相同．Ｆｉｇ．２㊀ＳＥＭｉｍａｇｅｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇＰｔｏｎＧＤＬｓｕｒｆａｃｅ（Ａ），（Ｂ）Ｃ⁃ＧＤＬ；（Ｃ）Ｃ⁃ＧＤＬ⁃２００ｓ；（Ｄ）Ｃ⁃ＧＤＬ⁃１２００ｓ；（Ｅ），（Ｆ）Ｔ⁃ＧＤＬ；（Ｇ）Ｔ⁃ＧＤＬ⁃２００ｓ；（Ｈ）Ｔ⁃ＧＤＬ⁃１２００ｓ．为了进一步量化粗糙度，采用多区域轮廓仪对２种ＧＤＬ进行测试，商业与织构ＧＤＬ表面的３维图谱如图３所示．结果显示，商业与织构ＧＤＬ的Ｒａ值（算术平均粗糙度）分别为１ ８３和２ ３５μｍ．可见，织构ＧＤＬ表面更粗糙，溅射Ｐｔ可附着的表面积更大．Ｆｉｇ．３㊀ＰｒｏｆｉｌｅｒｉｍａｇｅｓｏｆＣ⁃ＧＤＬ（Ａ）ａｎｄＴ⁃ＧＤＬ（Ｂ）ｓｕｒｆａｃｅｓ图４给出了不同ＧＤＬ表面溅射２００ｓ和１２００ｓ后的断面ＳＥＭ照片以及相同区域的Ｐｔ元素分布图．从图４（Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２）可知：商业ＧＤＬ表面较平整，Ｐｔ分布在ＧＤＬ表层，溅射时间越长，Ｐｔ的数量越多．从图４（Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２）可知，织构ＧＤＬ表面呈高低起伏状，Ｐｔ随着织构轮廓均匀分布在ＧＤＬ表面，相比于商业ＧＤＬ，Ｐｔ覆盖的面积更大．为了进一步验证覆盖在碳颗粒表面的物质为金属Ｐｔ，对溅射前后的ＧＤＬ样品进行ＸＲＤ测试，结果如图５所示．从ＸＲＤ谱图中可以看出：溅射Ｐｔ后，当溅射时间为１２００ｓ时，Ｐｔ（１１１）衍射峰最强，Ｐｔ（２００）衍射峰较弱，这与文献报道的结果一致［１６］．而溅射２００ｓ的样品没有明显的Ｐｔ衍射峰，这可能是由于溅射时间非常短，Ｐｔ的载量很低导致的．４４５高等学校化学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ．４０㊀Ｆｉｇ．４㊀ＳＥＭｉｍａｇｅｓ（Ａ１ Ｄ１）ａｎｄＰｔｅｌｅｍｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍａｐｓ（Ａ２ Ｄ２）ｏｆＧＤＬｓｅｃｔｉｏｎ（Ａ１，Ａ２）Ｃ⁃ＧＤＬ⁃２００ｓ；（Ｂ１，Ｂ２）Ｃ⁃ＧＤＬ⁃１２００ｓ；（Ｃ１，Ｃ２）Ｔ⁃ＧＤＬ⁃２００ｓ；（Ｄ１，Ｄ２）Ｔ⁃ＧＤＬ⁃１２００ｓ．Ｆｉｇ．５㊀ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＰｔｓｐｕｔｔｅｒｅｄｏｎＧＤＬｓｕｒｆａｃｅＦｉｇ．６㊀ＸＰＳｓｐｅｃｔｒａｏｆＰｔｓｐｕｔｔｅｒｅｄｏｎＦＧＤＬｓｕｒｆａｃｅ为了表征溅射Ｐｔ的化学环境，对结构ＧＤＬ表面溅射Ｐｔ的样品进行ＸＰＳ测试，结果如图６所示．Ｐｔ４ｆ谱图可以分解为Ｐｔ（０），Ｐｔ（＋２）和Ｐｔ（＋４）３个不同的价态区域，其相对比例分别为７０ ２％，１６ ９％和１２ ９％［１７］．这说明溅射Ｐｔ是以非氧化态为主，氧化态Ｐｔ形成的主要原因是溅射后样品暴露于空气中部分Ｐｔ被氧化［１８，１９］．２．２㊀载铂ＧＤＬ的电池性能图７示出了商业ＧＤＬ和织构ＧＤＬ分别溅射不同Ｐｔ载量以及商业Ｐｔ／Ｃ催化剂的电池性能．由图７（Ａ）和（Ｂ）可知，当Ｐｔ载量为０ ０４ｍｇ／ｃｍ２时，以商业ＧＤＬ作为溅射基材的电池在电流密度为１７００ｍＡ／ｃｍ２时率密度可达０ ７１Ｗ／ｃｍ２，Ｐｔ的质量比功率为１７ ７６ｋＷ／ｇＰｔ（质量比功率可通过最大功率密度／载量计算得出）；以织构ＧＤＬ作为溅射基材的电池在电流密度为２４００ｍＡ／ｃｍ２时功率密度可达１ ０５Ｗ／ｃｍ２，Ｐｔ的质量比功率为２６ ２５ｋＷ／ｇＰｔ；商业Ｐｔ／Ｃ的电池在电流密度为２４００ｍＡ／ｃｍ２时功率密度达到０ ９６Ｗ／ｃｍ２，Ｐｔ的质量比功率为２４ ００ｋＷ／ｇＰｔ，织构ＧＤＬ作为溅射基材的电池性能最佳．这一方面是由于商业ＧＤＬ表面微孔层较为平整，而织构ＧＤＬ表面微孔层呈高低起伏的网格状，溅射Ｐｔ层附着在织构ＧＤＬ上的面积更大，一定程度上提高了Ｐｔ的覆盖面积，而且在氢氧条件下，织构ＧＤＬ表面的沟壑更有利于水管理；另一方面是由于在０ ０４ｍｇ／ｃｍ２超低Ｐｔ载量的条件下，溅射Ｐｔ厚度约为２０ｎｍ，而商业Ｐｔ／Ｃ催化层厚度通常为１０μｍ左右，超薄催化层拥有更小的氧传输阻力，因此，以织构ＧＤＬ作为溅射基材制备的超低Ｐｔ载量阴极催化层应用于氢氧燃料电池相比以商业ＧＤＬ作基材和商业Ｐｔ／Ｃ催化剂具有明显优势．由图７（Ｃ）和（Ｄ）可知：当Ｐｔ载量增加到０ ２４ｍｇ／ｃｍ２时，商业ＧＤＬ作为溅射基材的电池最大功率密度提升到１Ｗ／ｃｍ２，Ｐｔ的质量比功率为４ １６ｋＷ／ｇＰｔ；织构ＧＤＬ作为溅射基材的电池最大功率密度提升到１ １０Ｗ／ｃｍ２，Ｐｔ的质量比功率为４ ５８ｋＷ／ｇＰｔ；商业Ｐｔ／Ｃ催化剂的电池最大功率密度提升到１ ２６Ｗ／ｃｍ２，Ｐｔ的质量比功率为５ ２５ｋＷ／ｇＰｔ，商业Ｐｔ／Ｃ催化剂的电池性能最佳．这是因为商业５４５㊀Ｎｏ．３㊀刘家明等：织构气体扩散层表面氢氧燃料电池阴极超低Ｐｔ载量催化层的磁控溅射法制备Ｆｉｇ．７㊀Ｉ⁃Ｖｃｕｒｖｅｓ（Ａ，Ｃ）ａｎｄｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙｃｕｒｖｅｓ（Ｂ，Ｄ）ｏｆ０ ０４ｍｇ／ｃｍ２Ｐｔｌｏａｄｉｎｇ（Ａ，Ｂ）ａｎｄ０ ２４ｍｇ／ｃｍ２Ｐｔｌｏａｄｉｎｇ（Ｃ，Ｄ）ＧＤＬＰｔ／Ｃ上Ｐｔ颗粒的尺寸约为３ｎｍ［２０］，Ｐｔ载量越高，催化层中的Ｐｔ颗粒越多，参与催化反应的Ｐｔ表面增大，性能提升非常明显；但对于溅射Ｐｔ而言，溅射时间越长，Ｐｔ堆积得越厚，Ｐｔ载量对应增加，但只是最外层的Ｐｔ参与催化反应，内层的Ｐｔ仅起导电作用，因此，溅射Ｐｔ堆积得越厚，Ｐｔ的质量比功率反而急剧降低．３㊀结㊀㊀论磁控溅射在ＧＤＬ表面沉积的Ｐｔ载量可控，织构ＧＤＬ表面Ｐｔ的可附着面积大于商业ＧＤＬ．溅射Ｐｔ载量为０ ０４ｍｇ／ｃｍ２时，以织构ＧＤＬ作基材的电池在电流密度为２４００ｍＡ／ｃｍ２时功率密度达到１ ０５Ｗ／ｃｍ２，催化剂的质量比功率为２６ ２５ｋＷ／ｇＰｔ，远大于商业ＧＤＬ作基材且电流密度为１７００ｍＡ／ｃｍ２时的功率密度（０ ７１Ｗ／ｃｍ２）和质量比功率（１７ ７６ｋＷ／ｇＰｔ），并大于商业Ｐｔ／Ｃ催化剂在同载量条件下电流密度为２４００ｍＡ／ｃｍ２时的功率密度（０ ９６Ｗ／ｃｍ２）和质量比功率（２４ ００ｋＷ／ｇＰｔ）．参㊀考㊀文㊀献［１］㊀ＢａｎｈａｍＤ．，ＹｅＳ．，ＡＣＳＥｎｅｒｇｙＬｅｔｔ．，２０１７，２（３），６２９ ６３８［２］㊀ＳａｗａＴ．，ＡｏｋｉＴ．，ＹａｍａｍｏｔｏＩ．，ＴｓｕｋｉｏｋａＳ．，ＹｏｓｈｉｄａＨ．，ＡｃｏｕｓｔｉｃａｌＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．，２００５，２６（３），２４９ ２５７［３］㊀ＮａｒａｙａｎａｎＳ．Ｒ．，ＶａｌｄｅｚＴ．Ｉ．，ＦｉｒｄｏｓｙＳ．，Ｊ．Ｅｌｅｃｈｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００９，１５６（１），１５２ １５９［４］㊀ＳｉｅｖｅｒｓＧ．，Ｖｉｄａｋｏｖｉｃ⁃ＫｏｃｈＴ．，ＷａｌｔｅｒＣ．，ＳｔｅｆｆｅｎＦ．，ＪａｋｕｂｉｔｈＳ．，ＫｒｕｔｈＡ．，ＨｅｒｍｓｄｏｒｆＤ．，ＳｕｎｄｍａｃｈｅｒＫ．，ＢｒüｓｅｒＶ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｅｌｅ⁃ｃｈｏｃｈｅｍ．，２０１８，１ １２［５］㊀ＯｒｆａｎｉｄｉＡ．，ＭａｄｋｉｋａｒＰ．，Ｅｌ⁃ＳａｙｅｄＨ．Ａ．，ＨａｒｚｅｒＧ．Ｓ．，ＫｒａｔｋｙＴ．，ＧａｓｔｅｉｇｅｒＨ．Ａ．，Ｊ．Ｅｌｅｃｈｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２０１７，１６４（４），４１８ ４２６［６］㊀ＣｕｙｎｅｔＳ．，ＣａｉｌｌａｒｄＡ．，ＬｅｃａｓＴ．，ＢｉｇａｒｒｅＪ．，ＢｕｖａｔＰ．，ＢｒａｕｌｔＰ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２０１４，４７（２７），２７２００１［７］㊀ＳｕＨ．，ＰａｓｕｐａｔｈｉＳ．，ＢｌａｄｅｒｇｒｏｅｎＢ．，ＬｉｎｋｏｖＶ．，ＰｏｌｌｅｔＢ．Ｇ．，Ｉｎｔ．Ｊ．ＨｙｄｒｏｇｅｎＥｎｅｒｇ．，２０１３，３８（２６），１１３７０ １１３７８［８］㊀ＳａｓｓｉｎＭ．Ｂ．，ＧａｒｓａｎｙＹ．，ＧｏｕｌｄＢ．Ｄ．，Ｓｗｉｄｅｒ⁃ＬｙｏｎｓＫ．Ｅ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２０１６，８９（１），５１１ ５１８［９］㊀ＬｉｕＣ．Ｙ．，ＳｕｎｇＣ．Ｃ．，Ｊ．ＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２０１２，２２０（４），３４８ ３５３［１０］㊀ＢｒａｕｌｔＰ．，ＰｌａｓｍａＰｒｏｃｅｓｓ．Ｐｏｌｙｍ．，２０１６，１３（１），１０ １８［１１］㊀ＳｈｉｎｉｃｈｉＨ．，ＪｕｎｂｏｍＫ．，ＳｕｐｒａｍａｎｉａｍＳ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍ．Ａｃｔａ，１９９７，４２（１０），１５８７ １５９３［１２］㊀ＢｒａｕｌｔＰ．，ＣａｉｌｌａｒｄＡ．，ＴｈｏｍａｎｎＡ．Ｌ．，ＭａｔｈｉａｓＪ．，ＣｈａｒｌｅｓＣ．，ＢｏｓｗｅｌｌＲ．Ｗ．，ＳａｕｖａｇｅＴ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２００４，３７（２４），３４１９６４５高等学校化学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ．４０㊀［１３］㊀ＣａｖａｒｒｏｃＭ．，ＥｎｎａｄｊａｏｕｉＡ．，ＭｏｕｇｅｎｏｔＭ．，ＢｒａｕｌｔＰ．，ＥｓｃａｌｉｅｒＲ．，ＴｅｓｓｉｅｒＹ．，ＤｕｒａｎｄＪ．，ＲｏｕａｌｄèｓＳ．，ＳａｕｖａｇｅＴ．，ＣｏｕｔａｎｃｅａｕＣ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２００９，１１（４），８５９ ８６１［１４］㊀ＹｏｏＳ．Ｊ．，ＣｈｏＹ．Ｈ．，ＰａｒｋＨ．Ｓ．，ＬｅｅＪ．Ｋ．，ＳｕｎｇＹ．Ｅ．，Ｊ．ＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２００８，１７８（２），５４７ ５５３［１５］㊀ÇöｇｅｎｌｉＭ．Ｓ．，ＭｕｋｅｒｊｅｅＳ．，ＹｕｒｔｃａｎＡ．Ｂ．，ＦｕｅｌＣｅｌｌｓ，２０１５，１５（２），２８８ ２９７［１６］㊀ＸｉｅＬ．，ＢｒａｕｌｔＰ．，ＣｏｕｔａｎｃｅａｕＣ．，ＢａｕｃｈｉｒｅＪ．Ｍ．，ＣａｉｌｌａｒｄＡ．，ＢａｒａｎｔｏｎＳ．，ＢｅｒｎｄｔＪ．，ＮｅｙｔｓＥ．Ｃ．，Ａｐｐｌ．Ｃａｔａｌ．Ｂ：Ｅｎｖｉｒｏｎ．，２０１５，１６２，２１ ２６［１７］㊀ＳｏｉｎＮ．，ＲｏｙＳ．Ｓ．，ＫａｒｌｓｓｏｎＬ．，ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎＪ．Ａ．，Ｄｉａｍ．Ｒｅｌａ．Ｍａｔｅｒ．，２０１０，１９（５／６），５９５ ５９８［１８］㊀ＶｏｇｅｌＷ．，Ｊ．Ｐｈｙ．Ｃｈｅｍ．Ｃ，２００８，１１２（３５），１３４７５ １３４８２［１９］㊀ＢｒａｕｌｔＰ．，ＣａｉｌｌａｒｄＡ．，ＢａｒａｎｔｏｎＳ．，ＭｏｕｇｅｎｏｔＭ．，ＣｕｙｎｅｔＳ．，ＣｏｕｔａｎｃｅａｕＣ．，Ｃｈｅｍ．Ｓｕｓ．Ｃｈｅｍ．，２０１３，６（７），１１６８ １１７１［２０］㊀ＹａｎｏＨ．，ＷａｔａｎａｂｅＭ．，ＩＩｙａｍａａＡ．，ＵｃｈｉｄａＨ．，ＮａｎｏＥｎｅｒｇｙ，２０１６，２９，３２３ ３３３Ｕｌｔｒａ⁃ｌｏｗＰｔＬｏａｄｉｎｇＣａｔｈｏｄｉｃＣａｔａｌｙｓｔＬａｙｅｒＰｒｅｐａｒｅｄｏｎＴｅｘｔｕｒｅｄＧａｓＤｉｆｆｕｓｉｏｎＬａｙｅｒｂｙＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＭｅｔｈｏｄｆｏｒＨｙｄｒｏｇｅｎ⁃ｏｘｙｇｅｎＦｕｅｌＣｅｌｌｓ†ＬＩＵＪｉａｍｉｎｇ，ＦＵＫａｉｌｉｎ，ＺＨＡＮＧＺｅ，ＧＵＯＷｅｉ∗，ＰＡＮＭｕ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＭａｔｅｒｉａｌｓＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｕｅｌＣｅｌｌ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｕｌｔｒａ⁃ｌｏｗｌｏａｄｉｎｇｏｆＰｔｗａｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅｄｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｌａｙｅｒ（ＧＤＬ）ｂｙｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔ⁃ｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｏｐｒｅｐａｒｅｃａｔｈｏｄｉｃｃａｔａｌｙｓｔｌａｙｅｒｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎ⁃ｏｘｙｇｅｎｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｕｅｌｃｅｌｌｓ（ＰＥＭＦＣｓ）．ＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＧＤＬｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒＰｔ⁃ｌｏａｄｉｎｇｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｓｉｎｇｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒａｎｄＸ⁃ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ（ＸＲＤ）．ＴｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｓｔａｔｅｓｏｆｓｐｕｔｔｅｒｄｅｐｏｓｉｔｅｄＰｔｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＸ⁃ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＸＰＳ）．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｓｅｍｂｌｙ（ＭＥＡ）ｗａｓｔｅｓｔｅｄｂｙｆｕｅｌｃｅｌｌｓｔａｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅＰｔｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅＧＤＬｗａｓｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅａｎｄｅｖｅｎｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ．ＴｈｅｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｏｆＰｔｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅｄＧＤＬｗａｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌＧＤＬ．ＴｈｅｆｕｅｌｃｅｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅＰｔｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅｄＧＤＬｗｉｔｈｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｏｆ０ ０４ｍｇ／ｃｍ２ｅｘｈｉｂｉｔｅｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｍａｓｓｓｐｅｃｉｆｉｃｐｏｗｅｒｏｆ２６ ２５ｋＷ／ｇＰｔ，ｗｈｉｃｈｗａｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅＰｔｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌＧＤＬ（１７ ７６ｋＷ／ｇＰｔ）．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｍａｓｓｓｐｅ⁃ｃｉｆｉｃｐｏｗｅｒｏｆｃｏｍｍｅｒｃｉａｌＰｔ／Ｃｗａｓ２４ ００ｋＷ／ｇＰｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｘｙｇｅｎｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｕｅｌｃｅｌｌ（ＰＥＭＦＣ）；Ｕｌｔｒａ⁃ｌｏｗＰｔｌｏａｄｉｎｇ：Ｔｅｘｔｕｒｅｄｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｌａｙｅｒ（Ｔ⁃ＧＤＬ）（Ｅｄ．：Ｓ，Ｚ，Ｍ）†ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２１７０６２００）ａｎｄｔｈｅＰｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２０１８Ｔ１１０８１３）．７４５㊀Ｎｏ．３㊀刘家明等：织构气体扩散层表面氢氧燃料电池阴极超低Ｐｔ载量催化层的磁控溅射法制备。