Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu β-SiC như một chất hỗ trợ xúc tác anode cho điện phân nước PEM
Tóm tắt
Bởi vì iridi là một kim loại vừa đắt giá vừa khan hiếm, nên việc giảm thiểu lượng IrO2 trong các chất xúc tác anode của điện phân nước màng điện phân polymer (PEMWEs) là điều cần thiết. Tiềm năng của β-SiC trong vai trò là một chất hỗ trợ xúc tác cho các anode PEMWE đã được đánh giá. Để thực hiện điều này, một phiên bản đã được sửa đổi của phương pháp nung chảy Adams đã được sử dụng để chuẩn bị các chất xúc tác có IrO2 được hỗ trợ trên β-SiC với tỷ lệ phần trăm khối lượng của IrO2 là 20, 40, 50, 60, 70, 80, 90 và 100%. Phương pháp màng mỏng đã được sử dụng để đặc trưng điện hóa các chất xúc tác qua voltammetry tuần hoàn và dòng quét tuyến tính. Các chất xúc tác sau đó được đặc trưng thêm bằng phân tích kính hiển vi điện tử quét/phân tán năng lượng tia X (SEM-EDX), nhiễu xạ tia X, quang phổ điện tử tia X, và hấp thụ N2 (BET). Các electrodes khuếch tán khí, với các chất xúc tác được tổng hợp, đã được chuẩn bị để thử nghiệm trong điện phân nước PEM trên phòng thí nghiệm. Một sự cải thiện 10% so với IrO2 nguyên chất đã được tìm thấy trong một chất xúc tác hỗ trợ với 80 wt.% IrO2. Tuy nhiên, sự cải thiện nhỏ như vậy không có ý nghĩa thống kê. Do đó, có thể chất hỗ trợ không ảnh hưởng đến hoạt động điện xúc tác của IrO2.
Từ khóa
#IrO2 #β-SiC #điện phân nước #chất xúc tác anode #điện hóaTài liệu tham khảo
Häussinger P, Lohmüller R, Watson AM (2000) Hydrogen, 2. Production. In: Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry. Wiley, Weinheim
Carmo M, Fritz DL, Mergel J, Stolten D (2013) A comprehensive review on PEM water electrolysis. Int J Hydrog Energy 38(12):4901–4934
Andolfatto F, Durand R, Michas A, Millet P, Stevens P (1994) Solid polymer electrolyte water electrolysis: electrocatalysis and long-term stability. Int J Hydrog Energy 19(5):421–427
Ma L, Sui S, Zhai Y (2008) Preparation and characterization of Ir/TiC catalyst for oxygen evolution. J Power Sources 177(2):470–477
Marshall AT, Haverkamp RG (2010) Electrocatalytic activity of IrO2–RuO2 supported on Sb-doped SnO2 nanoparticles. Electrochim Acta 55(6):1978–1984
Siracusano S, Baglio V, D’Urso C, Antonucci V, Aricò AS (2009) Preparation and characterization of titanium suboxides as conductive supports of IrO2 electrocatalysts for application in SPE electrolysers. Electrochim Acta 54(26):6292–6299
Sui S, Ma L, Zhai Y (2009) Investigation on the proton exchange membrane water electrolyzer using supported anode catalyst. Asia Pac J Chem Eng 4(1):8–11
Nikiforov AV, Tomás García AL, Petrushina IM, Christensen E, Bjerrum NJ (2011) Preparation and study of IrO2/SiC–Si supported anode catalyst for high temperature PEM steam electrolysers. Int J Hydrog Energy 36(10):5797–5805
Wu X, Scott K (2011) RuO2 supported on Sb-doped SnO2 nanoparticles for polymer electrolyte membrane water electrolysers. Int J Hydrog Energy 36(10):5806–5810
Mazúr P, Polonský J, Paidar M, Bouzek K (2012) Non-conductive TiO2 as the anode catalyst support for PEM water electrolysis. Int J Hydrog Energy 37(17):12081–12088
Polonský J, Petrushina IM, Christensen E, Bouzek K, Prag CB, Andersen JET, Bjerrum NJ (2012) Tantalum carbide as a novel support material for anode electrocatalysts in polymer electrolyte membrane water electrolysers. Int J Hydrog Energy 37(3):2173–2181
Xu J, Liu G, Li J, Wang X (2012) The electrocatalytic properties of an IrO2/SnO2 catalyst using SnO2 as a support and an assisting reagent for the oxygen evolution reaction. Electrochim Acta 59:105–112
Stoyanova A, Borisov G, Lefterova E, Slavcheva E (2012) Oxygen evolution on Ebonex-supported Pt-based binary compounds in PEM water electrolysis. Int J Hydrog Energy 37(21):16515–16521
De Pauli CP, Trasatti S (1995) Electrochemical surface characterization of IrO2 + SnO2 mixed oxide electrocatalysts. J Electroanal Chem 396(1–2):161–168
Wu X, Tayal J, Basu S, Scott K (2011) Nano-crystalline Rux Sn1 - x O2 powder catalysts for oxygen evolution reaction in proton exchange membrane water electrolysers. Int J Hydrog Energy 36(22):14796e804
Marshall A, Børresen B, Hagen G, Tsypkin M, Tunold R (2005) Preparation and characterisation of nanocrystalline IrxSn 1-xO2 electrocatalytic powders. Mater Chem Phys 94(2–3):226–232
Mayousse E, Maillard F, Fouda-Onana F, Sicardy O, Guillet N (2011) Synthesis and characterization of electrocatalysts for the oxygen evolution in PEM water electrolysis. Int J Hydrog Energy 36(17):10474–10481
Marshall AT, Sunde S, Tsypkin M, Tunold R (2007) Performance of a PEM water electrolysis cell using IrxRuyTazO2 electrocatalysts for the oxygen evolution electrode. Int J Hydrog Energy 32(13):2320–2324
Miao H, Ding C, Luo H (2003) Antimony-doped tin dioxide nanometer powders prepared by the hydrothermal method. Microelectron Eng 66(1–4):142–146
Cruz JC, Rivas S, Beltran D, Meas Y, Ornelas R, Osorio-Monreal G, Ortiz-Frade L, Ledesma-García J, Arriaga LG (2012) Synthesis and evaluation of ATO as a support for Pt–IrO2 in a unitized regenerative fuel cell. Int J Hydrog Energy 37(18):13522–13528
Hauf C, Kniep R, Pfaff G (1999) Preparation of various titanium suboxide powders by reduction of TiO2 with silicon. J Mater Sci 34(6):1287–1292
Martienssen W, Warlimont H (2005) Springer handbook of condensed matter and materials data. Springer, Berlin
Adams R, Shriner RL (1923) Platinum oxide as a catalyst in the reduction of organic compounds. III. Preparation and properties of the oxide of platinum obtained by the fusion of chloroplatinic acid with sodium nitrate. J Am Chem Soc 45(9):2171–2179
Scherrer P (1918) Bestimmung der grösse und der inneren struktur von kolloidteilchen mittels röntgenstrahlen. Nachrichten Göttinger Gesellschaft 2:98–100
Schmidt TJ, Gasteiger HA, Stäb GD, Urban PM, Kolb DM, Behm RJ (1998) Characterization of high-surface-area electrocatalysts using a rotating disk electrode configuration. J Electrochem Soc 145(7):2354–2358
Chen RS, Chang HM, Huang YS, Tsai DS, Chattopadhyay S, Chen KH (2004) Growth and characterization of vertically aligned self-assembled IrO2 nanotubes on oxide substrates. J Cryst Growth 271(1–2):105–112
da Silva LA, Alves VA, de Castro SC, Boodts JFC (2000) XPS study of the state of iridium, platinum, titanium and oxygen in thermally formed IrO2 + TiO2 + PtOX films. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp 170(2–3):119–126
Hara M, Asami K, Hashimoto K, Masumoto T (1983) An X-ray photoelectron spectroscopic study of electrocatalytic activity of platinum group metals for chlorine evolution. Electrochim Acta 28(8):1073–1081
Roginskaya YE, Varlamova TV, Goldstein MD, Belova ID, Galyamov BS, Shifrina RR, Shepelin VA, Fateev VN (1991) Formation, structure and electrochemical properties of IrO2-RuO2 oxide electrodes. Mater Chem Phys 30(2):101–113
Comninellis C, Vercesi GP (1991) Characterization of DSA®-type oxygen evolving electrodes: choice of a coating. J Appl Electrochem 21(4):335–345
Marshall A, Børresen B, Hagen G, Tsypkin M, Tunold R (2006) Electrochemical characterisation of IrxSn1 − xO2 powders as oxygen evolution electrocatalysts. Electrochim Acta 51(15):3161–3167
Hu JM, Zhang JQ, Cao CN (2004) Oxygen evolution reaction on IrO2-based DSA® type electrodes: kinetics analysis of Tafel lines and EIS. Int J Hydrog Energy 29(8):791–797
De Pauli CP, Trasatti S (2002) Composite materials for electrocatalysis of O2 evolution: IrO2 + SnO2 in acid solution. J Electroanal Chem 538–539:145–151
Da Silva LM, Boodts JFC, De Faria LA (2001) Oxygen evolution at RuO2(x) + Co3O4(1 − x) electrodes from acid solution. Electrochim Acta 46(9):1369–1375
Matsumoto Y, Sato E (1986) Electrocatalytic properties of transition metal oxides for oxygen evolution reaction. Mater Chem Phys 14(5):397–426
Alberti G, Casciola M, Massinelli L, Bauer B (2001) Polymeric proton conducting membranes for medium temperature fuel cells (110–160 °C). J Membr Sci 185(1):73–81