限域Nafion薄膜的介观尺度模拟
材料科学
2018-01-16 v3
摘要
厚度为体相团簇尺寸量级的离子聚合物Nafion薄膜的形貌和传输性质，已作为解释膜电极组件中催化剂/电极-聚合物界面异常行为的模型体系被研究。我们采用耗散粒子动力学（DPD）研究水和碳氟链与作为限域材料的碳和石英在不同操作水含量和薄膜厚度范围内的相互作用。我们发现垂直于薄膜方向的限域诱导的水团簇化。疏水性碳在薄膜界面附近形成水耗尽区，而亲水性石英导致过剩水区。平均而言，存在振荡的水富集和碳氟富集区域，与中子反射术的实验结果一致。水扩散率随薄膜厚度减小显示出高达30%的不断增加的方向各向异性，取决于限域材料。渗流分析揭示了水团簇化和连通性随限域材料的显著差异。这些发现表明了离子聚合物薄膜与膜相比根本不同的性质，并为催化剂层中观察到的离子电阻增加提供了解释。
引用
@article{arxiv.1707.04604,
title = {Mesoscale simulations of confined Nafion thin films},
author = {Peter Vanya and Jonathan Sharman and James A. Elliott},
journal= {arXiv preprint arXiv:1707.04604},
year = {2018}
}
备注
9 pages, 8 figures