燃料電池触媒としてのPt/TiOx/Cの水素選択性を,近環境圧力XPSによる操作で解明する
Nhat Long Tran Pham1, Simon Qian1, Thomas Götsch2
1Technical University of Munich, TUM School of Natural Sciences, Department of Chemistry and Catalysis Research Center, Chair of Technical Electrochemistry, Lichtenbergstr. 4, 85748 Garching b. München, Germany.
陽子交換膜燃料電池 (PEMFC) は,Pt/TiOx/C触媒により耐久性が向上しています. 近環境圧力X線光電子スペクトロスコーピー (NAP-XPS) は,強い金属サポート相互作用がプラチナ酸化を抑制し,触媒の安定性を高めることを示しています.
科学分野:
- 電気化学
- 材料科学
- 表面科学
- カタリシス
背景:
- 陽子交換膜燃料電池 (PEMFC) は,炭素支柱の酸化により,キャソード触媒が起動/シャットダウンサイクル中に劣化します.
- 強化された触媒の耐久性には,酸素還元よりも水素酸化/進化に選択的なアノド触媒が必要です.
- チタンサボキシド (Pt / TiOx / C) に支えられたプラチナは,強い金属サポート相互作用 (SMSI) により,高い水素選択性を示す.
研究 の 目的:
- 先進的なオペラントスペクトロスコーピーを用いて,Pt/TiOx/C触媒に対するSMSI誘導効果を調査する.
- 燃料電池に関連する条件下で,Pt/TiOx/C触媒におけるプラチナ酸化抑制のメカニズムを解明する.
主な方法:
- 膜電極組立 (MEA) のためのアップグレードされたオペランドセルを使用した近環境圧力X線光電子スペクトロスコーピー (NAP-XPS).
- Pt/CとPt/TiOx/Cの電気化学的行動と触媒の酸化状態の比較
- 伝送電子顕微鏡 (TEM) を使って,Pt堆積の位置を決定した.
主要な成果:
- オペランド・セル電気化学性能は,Pt/CとPt/TiOx/Cの両方の標準PEMFC測定値と一致しました.
- NAP-XPSは,SMSIに起因するPt/TiOx/Cの高ポテンシャルでPt酸化を有意に抑制することが示された.
- 定量化により,Pt/TiOx/Cの炭素基の部分的なPt酸化が示され,TiOxのPtは主に無酸化のままである.
結論:
- Pt/TiOx/C触媒のSMSIは,プラチナの酸化を効果的に抑制し,触媒の耐久性を高める.
- Pt酸化は主に高電位条件下では,TiOx基板ではなく,炭素基板で発生する.
- NAP-XPSは,実験設定の制限により,電気化学データとの小さな不一致にもかかわらず,触媒の動作に関する貴重な洞察を提供します.
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