Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của giá đỡ trong các hạt bimetallic PtNi cho phản ứng oxi hóa hydro trong môi trường kiềm
Tóm tắt
Bài báo này báo cáo về việc tổng hợp và đặc trưng hóa các hạt bimetallic platinum-nickel (Pt Ni) trên các vật liệu cacbon với các cấu trúc khác nhau, chẳng hạn như ống nano cacbon nhiều lớp (CNT) và Carbon Vulcan XC-72 (C) như các điện xúc tác cho phản ứng oxi hóa hydro (HOR). Các điện xúc tác được tổng hợp qua hai bước; mẫu Ni được tổng hợp bằng phương pháp nhũ tương ngược trong bước đầu tiên, và các hạt Pt được đưa vào trong bước thứ hai. Nhiều kỹ thuật vật lý hóa học đã được sử dụng để đặc trưng hóa các điện xúc tác đơn kim loại và bimetallic như TGA, TEM, DRX, BET và ICP. Ngoài ra, các điện xúc tác đã được nghiên cứu bằng các kỹ thuật điện hóa như khôi phục CO anod và khử β-NiOOH. Hoạt tính của các điện xúc tác bimetallic đã được đánh giá trong môi trường kiềm HOR và như những điện xúc tác anod trong AAEMFC. Trong tế bào nửa, PtNi/CNT cho thấy hoạt tính tốt nhất, sự phân bố tốt hơn của các hạt nano làm tăng độ xốp bề mặt của điện xúc tác do độ cong của chất hỗ trợ CNT. Trong khi trong tế bào AAEMF, điện xúc tác PtNi/C cho thấy hiệu suất tương tự như Pt/C thương mại, và PtNi/CNT cho thấy mật độ công suất và mật độ dòng gần như bằng một nửa so với các điện xúc tác được hỗ trợ trên C. Điều này cho thấy mặc dù có một lượng lớn các vị trí hoạt động của cả hai kim loại trong điện xúc tác PtNi/CNT, nhưng độ xốp thấp của chất xúc tác khi lắp ráp trong MEA dẫn đến việc tạo ra một lượng lớn nước nhanh chóng làm ngập compartment anode của tế bào AAEMF, làm giảm hiệu suất của nó.
Từ khóa
#bimetallic #platinum-nickel #điện xúc tác #phản ứng oxi hóa hydro #môi trường kiềm #ống nano cacbon #Vulcan XC-72 #điện hóa họcTài liệu tham khảo
Momirlan M, Veziroglu TN (2005) The properties of hydrogen as fuel tomorrow in sustainable energy system for a cleaner planet. Int J Hydrogen Energy 30:795–802
Chen N, Long C, Li Y, Wang D, Zhu H (2018) High-performance layered double hydroxide/poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) membrane with porous sandwich structure for anion exchange membrane fuel cell applications. J Membr Sci 552:51–60
Shukla G, Shahi VK (2018) Well-designed mono- and di-functionalized comb-shaped poly(2,6-dimethylphenylene oxide) based alkaline stable anion exchange membrane for fuel cells. Int J Hydrogen Energy 43:21742–21749
Vijayakumar V, Nam SY (2019) Recent advancements in applications of alkaline anion exchange membranes for polymer electrolyte fuel cells. J Ind Eng Chem 70:70–86
Durst J, Siebel A, Simon C, Hasch F, Herranz J, Gasteiger HA (2014) New insights into the electrochemical hydrogen oxidation and evolution reaction mechanism. Energy Environ Sci 7:2255–2260
Zheng J, Sheng W, Zhuang Z, Xu B, Yan Y (2016) Universal dependence of hydrogen oxidation and evolution reaction activity of platinum-group metals on pH and hydrogen binding energy. Sci Adv 2:150–160
John SS, Atkinson RW, Unocic RR, Zawodzinski TA, Papandrew AB (2015) Ruthenium-alloy electrocatalysts with tunable hydrogen oxidation kinetics in alkaline electrolyte. J Phys Chem C 119:13481–13487
Lu S, Zhuang Z (2017) Investigating the influences of the adsorbed species on catalytic activity for hydrogen oxidation reaction in alkaline electrolyte. J Am Chem Soc 139:5156–5163
Conga Y, Yi B, Songa Y (2018) Hydrogen oxidation reaction in alkaline media: from mechanism to recent electrocatalysts. Nano Energy 44:288–303
Lu Z, Xu W, Ma J, Li Y, Sun X, Jiang L (2016) Superaerophilic carbon-nanotube-array electrode for high-performance oxygen reduction reaction. Adv Mater 28:7155–7161
Zheng J, Lyu Y, Qiao M, Wang R, Zhou Y, Li H, Chen C, Li Y, Zhou H, Jiang S, Wang S (2019) Photoelectrochemical synthesis of ammonia on the aerophilic-hydrophilic heterostructure with 37.8% efficiency. Inside Chem 5:617–633
Zeng L, Peng H, Liu W, Yin J, Xiao L, Lu J, Zhuang L (2020) Extraordinary activity of mesoporous carbon supported Ru toward the hydrogen oxidation reaction in alkaline media. J Power Sources 461:228147
Truong VM, Duong NB, Yang H (2020) Comparison of carbon supports in anion exchange membrane fuel cells. Materials 13:5370
Truong VM, Yang C-W, Yang H (2018) Carbon black and multi-walled carbon nanotube supported cobaltfor anion exchange membrane fuel cell. J Technol Innov Renew Energy 7:1–6
Rodriguez JR, Félix RM, Reynoso EA, Gochi-Ponce Y, Gómez YV, Moyado SF, Alonso-Núñez G (2014) Synthesis of Pt and Pt-Fe nanoparticles supported on MWCNTs used as electrocatalysts in the methanol oxidation reaction. J Energy Chem 23:483–490
Leofantia G, Padovanb M, Tozzolac G, Venturelli B (1998) Surface area and pore texture of catalysts. Catal Today 41:207–219
Gribov EN, Kuznetsov AN, Golovin VA, Krasnikov DV, Kuznetsov VL (2019) Effect of modification of multi-walled carbon nanotubes with nitrogen-containing polymers on the electrochemical performance of Pt/CNT catalysts in PEMFC. Mater Renew Sustain Energy 8:1–13
Ali S, Khan I, Khan SA, Sohail M, Ahmed R, Rehman A, Ansari SA, Morsy MA (2017) Electrocatalytic performance of Ni@Pt core–shell nanoparticles supported on carbon nanotubes for methanol oxidation reaction. J Electroanal Chem 795:17–25
Campos-Roldán CA, Alonso-Vante N (2021) Understanding the oxophilic effect on the hydrogen electrode reaction through PtM nanostructures. J Solid State Electrochem 25:87–194
Baranova EA, Cally A, Allagui A, Ntais S, Wüthrichv R (2013) Nickel particles with increased catalytic activity towards hydrogen evolution reaction. C R Chim 16:28–33
Cossar E, Houache MSE, Zhang Z, Baranova EA (2020) Comparison of electrochemical active surface area methods for various nickel nanostructures. J Electroanal Chem 870:114246
Hong Y, Choi CH (2019) Catalytic surface specificity of Ni(OH)2-decorated Pt nanocubes for the hydrogen evolution reaction in an alkaline electrolyte. Chemsuschem 12:4021–4028
Ni W, Krammer A, Hsu C-S, Ming Chen H, Schüler A, Hu X (2019) Ni3N as an active hydrogen oxidation reaction catalyst in alkaline médium. Angew Chem 131:7523–7527
Mustain WE, Chatenet M, Pagec M, Kim YS (2020) Durability challenges of anion exchange membrane fuel cells. Energy Environ Sci 13:2805–2838
Liu FH, Lin CX, Hu EN, Yang Q, Zhang QG, Zhu AM, Liu QL (2018) Anion exchange membranes with well-developed conductive channels: effect of the functional groups. J Membr Sci 564:298–307
Poynton SD, Kizewski JP, Slade RCT, Varcoe JR (2010) Novel electrolyte membranes and non-Pt catalysts for low temperature fuel cells. Solid State Ion 181:219–222
Roy A, Talarposhti MR, Normile SJ, Zenyuk IV, De Andrade V, Artyushkova K, Serov A, Atanassov P (2018) Nickel-copper supported on carbon black hydrogen oxidation catalyst integrated into anion-exchange membrane fuel cell. Sustain Energy Fuels 2:2268–2275
Alesker M, Page M, Shviro M, Paska Y, Gershinsky G, Dekel DR, Zitoun D (2016) Palladium/nickel bifunctional electrocatalyst for hydrogen oxidation reaction in alkaline membrane fuel cell. J Power Sources 304:332–339
