微孔的3D结构层次纠的石墨烯支Pt3Co合金催化剂用于PEMFC应用程序,具有工艺友好的特性
Narugopal Manna1,2, Mayank Singh1,2, Sreekumar Kurungot1,2
1Physical and Materials Chemistry Division, CSIR-National Chemical Laboratory, Pune 411008, India.
ACS applied materials & interfaces
|June 2, 2023
概括
我们在N-化石墨烯上开发了一种新的-合金,用于质子交换膜燃料电池 (PEMFC). 这种催化剂表现出增强的氧降解反应 (ORR) 活性和耐久性,性能优于商业催化剂.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
背景情况:
- 提高质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 阴极的氧降解反应 (ORR) 性能对于效率和耐用性至关重要.
- 电催化剂的设计是提高质量活动和寿命的关键.
- 目前的催化剂经常面临活动和稳定性的限制.
研究的目的:
- 设计和合成一种新的电催化剂,以提高PEMFC阴极的ORR性能.
- 研究新催化剂的结构和电化学特性.
- 在单个燃料电池中评估催化剂的活性,耐用性和性能.
主要方法:
- 在N-化微孔3D石墨烯 (pNEGF) 上支持的三纳米合金 (Pt3Co) 纳米颗粒的合成,采用聚方法.
- 微波辅助合成,用于制备具有高孔积和微/半孔表面的3D多孔碳支物.
- 电化学表征包括ORR性能测试在HClO4,耐久性测试 (循环) 和单细胞测试在膜电极组件 (MEA).
主要成果:
- Pt3Co/pNEGF催化剂的ORR性能与最新的商业Pt/C催化剂相提并论,具有10mV的小超电位.
- 化石墨烯的3D微孔结构促进了反应物质的质量运输,显著提高了ORR性能.
- 由于较低的Pt负荷和更高的耐久性,Pt3Co/pNEGF的质量活性比Pt/C高1.5倍,在10,000次循环后,ECSA和半波潜力的变化较小.
- 使用Pt3Co/pNEGF阴极对MEA的单细胞测试在H2-O2条件下产生了800mW cm-2的最大功率密度,这表明在质量转移区域的性能有所改善.
结论:
- 开发的Pt3Co/pNEGF催化剂由于其高质量活性,增强的耐用性和改进的质量传输,为PEMFC阴极提供了有希望的替代品.
- 独一无二的3D架构和N-doped石墨烯支的多孔性有助于催化剂的卓越性能和结构耐久性.
- 这些发现验证了Pt3Co/pNEGF作为先进燃料电池应用的电极特异性催化剂的工艺友好性和潜力.
