Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Chuẩn bị điện xúc tác nanohybrid dựa trên lớp graphene oxit khử được trang trí bằng hạt nano Pt cho phản ứng sinh hydrogen
Tóm tắt
Một nanohybrid của hạt nano Pt và graphene oxit khử (Pt/rGO) được chuẩn bị và khai thác cho phản ứng sinh hydrogen (HER) trong môi trường axit. Đầu tiên, điện cực carbon thủy tinh (GCE) được sửa đổi bằng các tấm nanosheets graphene oxit (GO). Sau đó, trong quá trình khử điện hóa, màng GO được chuyển đổi thành rGO. Cuối cùng, rGO/GCE được ngâm trong dung dịch axit K2PtCl6 nM trong 20 phút và sau đó quét thế của điện cực từ 0.00 đến −0.20 V so với NHE, các ion Pt (IV) được khử thành Pt. Việc đặc trưng hóa nanohybrid Pt/rGO được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) và phổ kế năng lượng tán xạ. Hình ảnh FESEM xác nhận rằng trên bề mặt của màng rGO, các hạt nano Pt có kích thước trong khoảng 5–15 nm được hình thành. Các thí nghiệm điện hóa cho thấy Pt/RGO/GCE thể hiện thế khởi đầu nhỏ −0.03 V so với NHE và độ dốc Tafel khoảng 33 mV dec−1 cho HER. Pt/rGO/GCE có hoạt tính điện xúc tác cao hơn cho HER so với rGO/GCE và Pt/GCE. Ngoài ra, nanohybrid cho thấy hoạt tính xúc tác được cải thiện đối với HER so với điện cực Pt trần. Đã quan sát thấy mật độ dòng HER tại nanohybrid Pt/rGO chỉ giảm nhẹ sau 1000 chu kỳ thế liên tục, điều này có nghĩa là độ ổn định tốt của chất xúc tác. Thêm vào đó, các nghiên cứu điện lượng kế thời gian cho thấy Pt/rGO/GCE thể hiện độ ổn định đáng kể cho HER. Các kết quả thu được cho thấy rằng nanohybrid Pt/rGO có thể vượt qua điện áp dư cho HER và có thể được sử dụng như một điện xúc tác đầy hứa hẹn trong HER trong môi trường axit.
Từ khóa
#nanohybrid #hạt nano Pt #graphene oxit khử #phản ứng sinh hydrogen #xúc tác điện.Tài liệu tham khảo
B. Rezaei, M. Mokhtarianpour, A.A. Ensafi, Hydrogen evolution reaction and formic acid oxidation by decorated nanostructural Pt/Pd on a copper-filled nanoporous stainless steel. J. Iran. Chem. Soc. 15, 955–965 (2018). https://doi.org/10.1007/s13738-018-1293-3
J. Duan, S. Chen, M. Jaroniec, S.Z. Qiao, Porous C3N4 nanolayers@N-graphene films as catalyst electrodes for highly efficient hydrogen evolution. ACS Nano 9, 931–940 (2015). https://doi.org/10.1021/nn506701x
A.A. Ensafi, F. Ghadirian, M. Jafari-Asl, B. Rezaei, WS2 grafted on silicon and nano-silicon particles etched: a high-performance electrocatalyst for hydrogen evolution reaction. J. Iran. Chem. Soc. 15, 613–620 (2018). https://doi.org/10.1007/s13738-017-1261-3
D. Hou, W. Zhou, X. Liu, K. Zhou, J. Xie, G. Li, S. Chen, Pt nanoparticles/MoS2 nanosheets/carbon fibers as efficient catalyst for the hydrogen evolution reaction. Electrochim. Acta 166, 26–31 (2015). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.03.067
M. T.Yang, H. Du, M. Zhu, Zhang, M. Zou, Immobilization of Pt nanoparticles in carbon nanofibers: bifunctional catalyst for hydrogen evolution and electrochemical sensor. Electrochim. Acta 167, 48–54 (2015). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.03.077
H. Kim, H.D. Lim, J. Kim, K. Kang, Graphene for advanced Li/S and Li/air batteries. J. Mater. Chem. A 2, 33–47 (2014). https://doi.org/10.1039/C3TA12522J
L.L. Zhang, R. Zhou, X.S. Zhao, Graphene-based materials as supercapacitor electrodes. J. Mater. Chem. 20, 5983–5992 (2010). https://doi.org/10.1039/C000417K
D. He, K. Cheng, T. Peng, M. Pan, S. Mu, Graphene/carbon nanospheres sandwich supported PEM fuel cell metal nanocatalysts with remarkably high activity and stability. J. Mater. Chem. A 1, 2126–2132 (2013). https://doi.org/10.1039/C2TA00606E
Y. Li, L. Tang, J. Li, Preparation and electrochemical performance for methanol oxidation of pt/graphene nanocomposites. Electrochem. Commun. 11, 846–849 (2009). https://doi.org/10.1016/j.elecom.2009.02.009
L. Ma, X. Shen, H. Zhou, G. Zhu, Z. Ji, K. Chen, CoP nanoparticles deposited on reduced graphene oxide sheets as an active electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction. J. Mater. Chem. A 3, 5337–5343 (2015). https://doi.org/10.1039/C4TA06458E
M.H. Mashhadizadeh, N. Naseri, M.A. Mehrgardi, A simple non-enzymatic strategy for adenosine triphosphate electrochemical aptasensor using silver nanoparticle-decorated graphene oxide. J. Iran. Chem. Soc. 14, 2007–2016 (2017). https://doi.org/10.1007/s13738-017-1138-5
E. Yilmaz, M. Soylak, Facile and green solvothermal synthesis of palladium nanoparticle-nanodiamond-graphene oxide material with improved bifunctional catalytic properties. J. Iran. Chem. Soc. 14, 2503–2512 (2017). https://doi.org/10.1007/s13738-017-1185-y
J. Liu, S. Fu, B. Yuan, Y. Li, Z. Deng, Toward a universal “adhesive nanosheet” for the assembly of multiple nanoparticles based on a protein-induced reduction/decoration of graphene oxide. J. Am. Chem. Soc. 132, 7279–7281 (2010). https://doi.org/10.1021/ja100938r
R. Ojani, R. Valiollahi, J.B. Raoof, Comparison between graphene supported Pt hollow nanospheres and graphene supported Pt solid nanoparticles for hydrogen evolution reaction. Energy 74, 871–876 (2014). https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.07.062
G. Xu, J. Hui, T. Huang, Y. Chen, J. Lee, Platinum nanocuboids supported on reduced graphene oxide as efficient electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction. J. Power Sources 285, 393–399 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.03.131
A. Navaee, A. Salimi, Anodic platinum dissolution, entrapping by amine functionalized-reduced graphene oxide: a simple approach to derive the uniform distribution of platinum nanoparticles with efficient electrocatalytic activity for durable hydrogen evolution and ethanol oxidation. Electrochim. Acta 211, 322–3301 (2016). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.06.019
B. Devadas, T. Imae, Hydrogen evolution reaction efficiency by low loading of platinum nanoparticles protected by dendrimers on carbon materials. Electrochem. Commun. 72, 135–139 (2016). https://doi.org/10.1016/j.elecom.2016.09.022
A. Döner, F. Tezcan, G. Kardaş, Electrocatalytic behavior of the Pd-modified electrocatalyst for hydrogen evolution. Int. J. Hydrogen Energy 38, 3881–3888 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.01.141
A. Abbaspour, F. NorouzSarvestani, High electrocatalytic effect of Au–Pd alloy nanoparticles electrodeposited on microwave assisted sol–gel-derived carbon ceramic electrode for hydrogen evolution reaction. Int. J. Hydrogen Energy 38, 1883–1891 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.11.096
M. Smiljanic, Z. Rakocevic, A. Maksic, S. Strbac, Hydrogen evolution reaction on platinum catalyzed by palladium and rhodium nanoislands. Electrochim. Acta 117, 336–343 (2014). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.11.142
P. Kedzierzawski, D. Oleszak, M. Janik-Czachor, Hydrogen evolution on hot and cold consolidated Ni–Mo alloys produced by mechanical alloying. Mater. Sci. Eng. A 300, 105–112 (2001). https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)01672-5
J. Kibsgaard, Z. Chen, B. Reinecke, T.F. Jaramillo, Engineering the surface structure of MoS2 to preferentially expose active edge sites for electrocatalysis. Nat. Mater. 11, 963–969 (2012). https://doi.org/10.1038/nmat3439
A.J. Smith, Y.H. Chang, K. Raidongia, T.Y. Chen, L.J. Li, J. Huang, Molybdenum sulfide supported on crumpled graphene balls for electrocatalytic hydrogen production. Adv. Energy Mater. 4, 1–6 (2014). https://doi.org/10.1002/aenm.201400398
R. Ojani, J.B. Raoof, E. Hasheminejad, One-step electroless deposition of Pd/Pt bimetallic microstructures by galvanic replacement on copper substrate and investigation of its performance for the hydrogen evolution reaction. Int. J. Hydrogen Energy 38, 92–99 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.10.015
J.B. Raoof, R. Ojani, S.A. Esfeden, S.R. Nadimi fabrication of bimetallic Cu/Pt nanoparticles modified glassy carbon electrode and its catalytic activity toward hydrogen evolution reaction. Int. J. Hydrogen Energy 35, 3937–3944 (2010). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.02.073
B. Rezaei, M. Mokhtarianpour, A.A. Ensafi, Fabricated of bimetallic Pd/Pt nanostructure deposited on copper nanofoam substrate by galvanic replacement as an effective electrocatalyst for hydrogen evolution reaction. Int. J. Hydrogen Energy 40, 6754–6762 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.03.122
W.S. Hummers, R.E. Offeman, Preparation of graphitic oxide. J. Am. Chem. Soc. 80, 1339–1339 (1958). https://doi.org/10.1021/ja01539a017
S. Ghasemi, S.R. Hosseini, P. Asen, Preparation of graphene/nickel-iron hexacyanoferrate coordination polymer nanocomposite for electrochemical energy storage. Electrochim. Acta 160, 337–346 (2015). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.02.002
J. Yang, S. Gunasekaran, Electrochemically reduced graphene oxide sheets for use in high performance supercapacitors. Carbon 51, 36–44 (2013). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.08.003
X.Y. Peng, X.X. Liu, D. Diamond, K.T. Lau, Synthesis of electrochemically-reduced graphene oxide film with controllable size and thickness and its use in supercapacitor. Carbon 49, 3488–3496 (2011). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.04.047
R.A. Wasthi, R.N. Singh, Graphene-supported Pd–Ru nanoparticles with superior methanol electrooxidation activity. Carbon 51, 282–289 (2013). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.08.055
S. Ghasemi, F. Ahmadi, Effect of surfactant on the electrochemical performance of graphene/iron oxide electrode for supercapacitor. J. Power Sources 289, 129–137 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.04.159
L. Dong, R.R.S. Gari, Z. Li, M.M. Craig, S. Hou, Graphene-supported platinum and platinum–ruthenium nanoparticles with high electrocatalytic activity for methanol and ethanol oxidation. Carbon 48, 781–787 (2010). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.10.027
Y. Ma, Y. Dai, M. Guo, C. Niu, B. Huang, Graphene adhesion on MoS2 monolayer: an ab initio study. Nanoscale 3, 3883–3887 (2011). https://doi.org/10.1039/C1NR10577A
B. Pierozynski, Hydrogen evolution reaction at Pd-modified carbon fiber and nickel-coated carbon fiber materials. Int. J. Hydrogen Energy 38, 7733–7740 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.04.092
J. Barber, S. Morin, B. Conway, Specificity of the kinetics of H2 evolution to the structure of single-crystal Pt surfaces, and the relation between opd and upd H. J. Electroanal. Chem. 446, 125–138 (1998). https://doi.org/10.1016/S0022-0728(97)00652-9
A. Ramadoss, S.J. Kim, Improved activity of a graphene–TiO2 hybrid electrode in an electrochemical supercapacitor. Carbon 63, 434–445 (2013). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.07.006