Synthese von Platin-Nickel Nanodrähte und Optimierung für Sauerstoff Leistung

Summary

Das Protokoll beschreibt die Synthese und Elektrochemische Prüfung von Platin-Nickel-Nanodrähten. Nanodrähte synthetisiert durch die galvanische Verschiebung einer Nickel-Nanodraht-Vorlage. Post-Synthese Verarbeitung, einschließlich Wasserstoff glühen, sauren Auswaschung und Sauerstoff glühen dienten Nanodraht Leistung und Haltbarkeit in der Reaktion des Sauerstoff-Reduktion zu optimieren.

Abstract

Platin-Nickel (Pt-Ni) Nanodrähte wurden als Brennstoffzelle elektrokatalysatoren entwickelt und waren für die Leistung und Haltbarkeit in der Sauerstoff-Reduktionsreaktion optimiert. Spontane galvanische Verschiebung wurde verwendet, um Pt Schichten auf Ni Nanodraht Substraten zu hinterlegen. Die Synthese Ansatz produziert Katalysatoren mit hohen spezifischen Aktivitäten und hohen Pt-Flächen. Wasserstoff zu glühen verbessert Pt und Ni Misch- und spezifische Aktivität. Saure Laugung bevorzugt Ni oberflächennahen Nanodraht entfernen diente, und Sauerstoff glühen wurde zur oberflächennahen Ni, Verbesserung der Haltbarkeit und der Minimierung von Ni Auflösung zu stabilisieren. Diese Protokolle detailliert die Optimierung eines Schrittes nach dem Synthese-Verarbeitung, einschließlich Wasserstoff glühen auf 250 ° C, Einwirkung von Salpetersäure 0,1 M und Sauerstoff glühen auf 175 ° C. Durch diese Schritte produziert Pt-Ni-Nanodrähte verstärkte Aktivitäten mehr als eine Größenordnung als Pt-Nanopartikel und bietet erhebliche Haltbarkeit Verbesserungen. Die vorgestellten Protokolle basieren auf Pt-Ni-Systemen in der Entwicklung von Brennstoffzellen-Katalysatoren. Diese Techniken werden auch für eine Vielzahl von Kombinationen aus Metall und können angewendet werden, um Katalysatoren für eine Reihe von elektrochemischen Prozesse zu entwickeln.

Introduction

Proton-Austausch-Membran-Brennstoffzellen sind teilweise begrenzt durch die Menge und die Kosten von Platin in der katalysatorschicht, die Hälfte der Brennstoffzelle Kosten¹ausmachen kann erforderlich. In Brennstoffzellen werden Nanomaterialien in der Regel als Sauerstoff-Reduktion-Katalysatoren entwickelt, da die Reaktion kinetisch langsamer als Wasserstoff-Oxidation ist. Kohlenstoff-gestützte Pt-Nanopartikel dienen oft als Sauerstoff-Reduktion-elektrokatalysatoren aufgrund ihrer großen Oberfläche; jedoch haben bestimmte selektive Aktivität und sind anfällig für Haltbarkeit Verluste.

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Protocol

1. Synthese von Pt-Ni-Nanodrähte

1. Um die Verschiebung zu beginnen, unterbrechen Sie die Nickel-Nanodraht-Vorlage im Wasser und auf 90 ° c erhitzen
   1. Hinzufügen von 40 mg von handelsüblichen, nickel-Nanodrähte, 20 mL entionisiertem Wasser in ein 50 mL Zentrifugenröhrchen. Beschallen sie für 5 Minuten.
      Hinweis: Die Nanodrähte sind ca. 150-250 nm im Durchmesser und 100-200 µm in der Länge.
   2. Die abgehängte Nanodrähte auf ein 250 mL Glas Runde untere Kolben übertragen und 60 mL deionisiertes Wasser hinzugeben. Erhitzen Sie den Kolben auf 90 ° C in einem Mineralöl-Bad. Rühren Sie die Reaktionsmischung bei 500 u/min mit einem Polytetrafluorethylen....

Results

Spontane galvanische Verschiebung von Ni-Nanodrähten mit Pt, unter Verwendung der angegebenen Menge produziert Pt-Ni-Nanodrähte, die 7,3 Gew.-% Pt (Abbildung 1 und Abbildung 2A). Einige Änderungen in Höhe von Pt Vorläufer möglicherweise müssen die optimale Pt laden zu erreichen. PT-Verschiebung ist empfindlich auf die Dicke der Oberfläche Ni Oxidschicht, die variieren können anhand der Vorlage Alter (Luft-Exposit.......

Discussion

Diese Protokolle wurden verwendet, um erweiterte Oberfläche elektrokatalysatoren mit hohen Flächen und spezifische Aktivitäten in der Sauerstoff-Reduktion Reaktion⁸zu produzieren. Durch die Hinterlegung Pt auf nanostrukturierten Vorlagen, die Nanodrähte niedrigen koordinierte Websites zu vermeiden und minimieren Sie Größe Partikeleffekte, Herstellung von bestimmten Aktivitäten mehr als 12 mal größer als Kohlenstoff-gestützte Pt-Nanopartikel. Mit galvanischen Verschiebung als die Synthese Ansatz pr.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Nickel-Nanodrähte	Plasmachem GmbH
250 mL Rundkolben	Ace Glas
Heizplatte	VWR International
Mineralöl	VWR International
Kaliumtetrachlorplatinat	Sigma Aldrich
Spritzenpumpe	New Era Pump Systems
Rotator	Arrow Engineering
Teflonpaddel	Ace Glass
Glaswelle	Ace Glass
Split Scharnier Rohrofen	Lindberg		Kundenspezifischer hauseigener
Schlenk Linie	Ace Glaskondensatoren
	VWR International
Salpetersäure	Fisher Scientific
2-Propanol	Fisher Scientific
Nafion Ionomer (5 Gew.-%)	Sigma Aldrich
Glassy Carbon Arbeitselektrode	Pine Instrument Company
RDE Glaswaren	Präzisionsglasbläserei		Kundenspezifischer hauseigener
Platindraht	Alfa Aesar		Kundenspezifisches hauseigenes
Platin-Mesh	Alfa Aesar		Kundenspezifisches hauseigenes
MSR-Rotator	Pine Instrument Company
Potentiostat	Metrohm Autolab