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韓國陶瓷工程和技術(shù)研究所Tae Ho Shin和韓國技術(shù)與教育大學Soon-Mok Choi等--用于質(zhì)子交換膜燃料電池的帶外延石墨烯納米片層的納米SiC支架上的高耐久性鉑催化劑
       作為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)的碳基支撐物的替代品,堅固的陶瓷支撐物已經(jīng)引起了極大的關(guān)注。然而,由于它們的導電性,它們的電催化活性比碳基支持物低。在這里,SiC納米粉末被外延石墨烯修飾,并被評估為質(zhì)子交換膜燃料電池中鉑的支撐物。咖啡渣被用作碳源,不僅提高了石墨烯修飾的SiC支持物的電催化活性,而且還證明了利用和商業(yè)化這種廣泛使用的廢物的可行性。鉑裝飾的陶瓷支架在加速電化學條件下提供了更高的耐久性和性能。
 
圖1. (a) 合成SiC/G@Pt催化劑的過程示意圖。在SiC納米粉末的存在下,從咖啡渣中蒸發(fā)出碳源,如CH4(g)和CO(g)(步驟1),然后,C(s)原子沉積在SiC納米顆粒表面(步驟2)。功能化的石墨烯層在相對較低的溫度下重新排列和結(jié)晶后在SiC上形成(步驟3)。最后,鉑金納米粒子被沉積在SiC/G的表面(步驟4)。(b) 材料的XRD圖案: (c) 合成的SiC/G和SiC/G@Pt樣品的拉曼光譜。(d) SiC/G@Pt和商業(yè)Pt/C的鉑4f峰的高分辨率XPS分析 (d) SiC/G的TEM圖像。(e) SiC/G@Pt的TEM圖像和SiC、C和Pt的快速傅里葉變換(FFT)衍射圖以及SiC/G@Pt的EDS元素圖。
 
圖2. SiC/G@Pt(上)和Pt/C催化劑(下)在0.1M HClO4中進行5000次ADT循環(huán)前后的電化學分析:(a,d)CV曲線;(b,e)ORR極化曲線;以及(c,f)0.9V時的質(zhì)量活性(紅色)和比活性(藍色)。
 
圖3. PEMFCs中SiC/G@Pt和Pt/C催化劑的電化學性能。(a)I-V極化曲線,(b)用于確定歐姆電阻的I-V曲線a部分的線性部分,以及(c)5000次循環(huán)之前和之后的歐姆電阻。
 
圖4:(a)I-V極化和功率密度曲線;(b)使用SiC/G@Pt的多邊環(huán)境協(xié)定在ADT后的TEM圖像。(c) SiC/G@Pt耐用性的機制示意圖。 SiC表面上類似于rGO的功能層提供了導電性。此外,由于SiC具有良好的化學和機械性能,在PEMFCs的工作條件下,SiC被保持為堅固的支撐。
 
      相關(guān)研究成果由韓國陶瓷工程和技術(shù)研究所Tae Ho Shin和韓國技術(shù)與教育大學Soon-Mok Choi等人2023年發(fā)表在ACS Applied Energy Materials  (https://doi.org/10.1021/acsaem.2c04073)上。原文:Highly Durable Platinum Catalysts on Nano-SiC Supports with an Epitaxial Graphene Nanosheet Layer Grown from Coffee Grounds for Proton Exchange Membrane Fuel Cells。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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