Artykuł metodologiczny

O przygotowaniu i testowaniu katalizatorów ogniw paliwowych metodą cienkowarstwowej obrotowej elektrody dyskowej

DOI:

10.3791/57105

⸱

16 marca 2018

 ,  ,  , 
1Nano-Science Center, Department of Chemistry, University of Copenhagen, 2Department of Chemistry and Biochemistry, University of Bern

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przygotowanie i testowanie katalizatorów ogniw paliwowych Pt/C jest przedmiotem ciągłych dyskusji w środowisku naukowym w odniesieniu do odtwarzalności i najlepszych praktyk. W ramach prezentowanej pracy zamierzamy przedstawić krok po kroku samouczek dotyczący wytwarzania i testowania katalizatorów Pt/C, które mogą służyć jako punkt odniesienia dla nowatorskich układów katalitycznych.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Prezentujemy samouczek krok po kroku, jak przygotować katalizatory ogniw paliwowych z membraną do wymiany protonów (PEMFC), składające się z nanocząstek Pt (NP) umieszczonych na węglu o dużej powierzchni, oraz przetestować ich wydajność w pomiarach cienkowarstwowej obrotowej elektrody dyskowej (TF-RDE). Metodologia TF-RDE jest szeroko stosowana do badań przesiewowych katalizatorów; Niemniej jednak mierzone wyniki czasami znacznie różnią się między grupami badawczymi. Niepewność ta hamuje postęp w pracach nad nowymi materiałami katalitycznymi, w związku z czym kilku autorów omówiło możliwe metody najlepszych praktyk i znaczenie analizy porównawczej.

Wizualny samouczek podkreśla możliwe pułapki w testowaniu katalizatorów Pt/C metodą TF-RDE. Wprowadzono protokół syntezy i testowania w celu oceny standardowych katalizatorów Pt/C, który może być stosowany razem z polikrystalicznymi dyskami Pt jako katalizatory wzorcowe. W szczególności badanie to podkreśla, w jaki sposób właściwości filmu katalitycznego na elektrodzie z węglem szklistym (GC) wpływają na mierzoną wydajność w testach TF-RDE. Aby uzyskać cienkie, jednorodne warstwy katalizatora, niezbędne jest nie tylko przygotowanie katalizatora, ale także procedury osadzania i suszenia atramentu. Wykazano, że może być konieczna korekta pH atramentu oraz że proste pomiary kontrolne mogą być wykorzystane do sprawdzenia jakości filmu. Po uzyskaniu powtarzalnych pomiarów TF-RDE, określenie obciążenia Pt na nośniku katalizatora (wyrażonego jako Pt wt%) i pola powierzchni elektrochemicznej jest niezbędne do normalizacji wyznaczonych szybkości reakcji do pola powierzchni lub masy Pt. Do oznaczania pola powierzchni standardem jest tak zwane odpędzanie CO, czyli oznaczanie ładunku depozycji podpotencjału wodoru (Hupd). W celu określenia obciążenia Pt wprowadza się prostą i tanią procedurę wykorzystującą mineralizację w wodzie królewskiej z późniejszą konwersją Pt(IV) do Pt(II) i pomiarami UV-vis.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rosnące wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa czy słoneczna, wymaga zdolności do przechowywania i ponownego przekształcania dużych ilości energii elektrycznej. Pod tym względem zastosowanie chemicznych nośników energii, takich jak wodór, jest obiecującą ścieżką1. Elektroliza wody może wytwarzać wodór z nadmiaru energii elektrycznej, podczas gdy PEMFC skutecznie przekształcają wodór w energię elektryczną. Jednak w przypadku zastosowań na dużą skalę, takich jak samochody, zawartość metali z grupy szlachetnej (PGM) w PEMFC musi zostać znacznie zmniejszona, aby obniżyć koszty. W literaturze naukowej przedstawiono kilka układów katalitycznych 2, które według doniesień wykazują potencjał do spełnienia tych wymagań na podstawie testów półogniwowych TF-RDE3.

Pomiary TF-RDE stały się niezwykle popularne w badaniach PEMFC i są obecnie używane jako standardowa metoda do porównywania różnych katalizatorów PEMFC. Jednak w przypadku podobnych katalizatorów znaczące różnice w aktywności reakcji redukcji tlenu (ORR) lub powierzchniach elektrochemicznych (ECSA) są często zgłaszane przez różne grupy badawcze4. W związku z tym kilka grup badawczych pracowało nad ulepszeniem procedur eksperymentalnych i zdefiniowaniem procedur najlepszych praktyk w zakresie testowania katalizatorów PEMFC5. Na początku wyróżniono takie czynniki, jak obciążenie katalizatora, zanieczyszczenia z elektrody referencyjnej, kompensacja iR itp.6,7,8; Natomiast w ostatnich latach skupiono się na wpływie właściwości folii katalizatora na wydajność9,10. Na przykład można wykazać, że zarówno aktywność ORR, jak i ECSA zależą od składu tuszu katalizatora, co z kolei wpływa na jednorodność warstwy katalizatora na elektrodzie szklisto-węglowej (GC) używanej jako podłoże. Zaobserwowany wzrost zmierzonej powierzchni Pt po dodaniu izopropanolu do tuszu katalizatora jest szczególnie zaskakujący na pierwszy rzut oka, ale wyniki te wskazują na znaczenie zwilżania nośnika węglowego. Kolejnym ważnym (i skorelowanym) czynnikiem jest transport masowy. TF-RDE jest ograniczony do niskich gęstości prądu ze względu na niską rozpuszczalność gazów w elektrolicie11,12,13. Dlatego często przyjmuje się, że w tak ekstremalnie cienkich warstwach katalizatora (ok. 1 μm) transport masy reagenta odgrywa ograniczoną rolę. Niemniej jednak, w bardzo ostatnich pracach wykazano, że dostosowanie pH tuszu prowadzi do znacznego wzrostu aktywności ORR w katalizatorach domowej roboty14. Przykłady te podkreślają, że w pomiarach TF-RDE konieczne są dokładne kontrole i że w zależności od katalizatora może być trudno zdefiniować jeden standardowy protokół/recepturę testowania.

Dlatego w prezentowanej pracy omawiamy krok po kroku procedurę syntezy i testowania standardowego katalizatora ogniw paliwowych Pt/C. Procedura obejmuje syntezę katalizatora, jego charakterystykę oraz przygotowanie i regulację tuszu, a także elektrochemiczne pomiary TF-RDE. Celem procedury jest zwiększenie świadomości na temat niektórych źródeł błędów i pułapek eksperymentalnych, a także dostarczenie receptury na możliwy katalizator wzorcowy Pt/C.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Synteza 50% wagowych katalizatorów Pt/C

  1. Koloidalna synteza nanocząstek Pt (NPs)
    1. Aby otrzymać zawiesinę koloidalną 2 nm Pt NPs, zmieszać 4 ml roztworu NaOH o stężeniu 0,4 M w glikolu etylenowym (EG) z 4 ml H2PtCl6·6H2O przy 40 mM w EG w naczyniu do reakcji mikrofalowej.
    2. Podgrzewać mieszaninę przez 3 minuty w temperaturze 160 °C za pomocą reaktora mikrofalowego (tryb dynamiczny, moc grzewcza: 100 W, mieszanie: niskie).
  2. Unieruchomienie cząstek stałych na nośnikach węglowych
    1. Dodać 30 ml 1 M roztworu HCl do 7,3 ml koloidalnej zawiesiny Pt NPs w celu wytrącenia. Odwirować mieszaninę ze względną siłą odśrodkową 2 900 x g (5 000 obrotów na minutę (obr./min)) przez 5 minut i odrzucić rozpuszczalnik sklarowany nad osadem. Powtórz te kroki mycia/wirowania dwukrotnie.
      UWAGA: Wszystkie chemikalia należy zbierać i utylizować zgodnie z przepisami w lokalnej instytucji.
    2. Ponownie rozproszyć Pt NPs w 7 ml acetonu. Rozpuścić 27,5 mg sadzy w 1 ml acetonu. Zmieszać obie dyspersje acetonu i odparować aceton w wyparce obrotowej (40 °C, 200 mbar) lub linii Schlenka (40 °C, 200 mbar) aż do całkowitego wyschnięcia.
    3. Otrzymany katalizator Pt/C w proszku suszyć w piecu (120 °C) przez noc.
    4. Dodać wodę dejonizowaną (DI) do proszku katalizatora Pt/C i poddać go sonizacji (35 kHz, 160 Watt) w łaźni ultradźwiękowej wypełnionej zimną wodą (<5 °C) przez 3 min. Odfiltrować i umyć katalizator wodą DI na bibule filtracyjnej (4-7 μm). Wysuszyć katalizator w proszku w piecu próżniowym (100-120 °C, 10 kPa).
      UWAGA: Procedura ta prowadzi do uzyskania 55 mg katalizatora Pt/C o Pt wt% wag. 50 i wielkości cząstek Pt ok. 2 nm. Aby przygotować większe ilości katalizatora Pt/C, należy zwiększyć odpowiednie ilości w stosunku 1:1. Zmieniając ilość cząstek stałych w stosunku do sadzy, obciążenie Pt można regulować w zakresie od 10 do 70-80% wag. bez znacznej aglomeracji NP.
    5. Aby uzyskać tusz do katalizatora, zmieszaj 6,3 mg proszku katalizatora Pt / C o stężeniu 50% wag. z 6 ml wody demineralizowanej i 2 ml izopropanolu (IPA). Dodaj niewielką ilość 1 M roztworu KOH (~10 μL), aby dostosować pH tuszu do około 10. Umieścić szklaną fiolkę zawierającą mieszaninę w łaźni ultradźwiękowej wypełnionej zimną wodą (<5 °C) i poddać sonizacji (35 kHz, 160 Watt) przez 15 min.
      UWAGA: Nie dodawaj najpierw IPA do katalizatora. Jeśli alkohol zostanie dodany do wysuszonego proszku katalizatora Pt/C, katalizator zapala się.

2. Charakterystyka Pt NPs i katalizatorów Pt/C

  1. Charakterystyka NP Pt za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM)
    1. Dodać 30 ml 1 M roztworu HCl do 7,3 ml koloidalnej zawiesiny Pt NPs w celu wytrącenia. Odwirować mieszaninę ze względną siłą odśrodkową 2 900 x g (5 000 obrotów na minutę (obr./min)) przez 5 minut i odrzucić rozpuszczalnik sklarowany nad osadem. Powtórz te etapy mycia/wirowania dwukrotnie.
    2. Pobrać kroplę (ok. 100 μl) zawiesiny Pt NP i ponownie rozproszyć ją w 1 ml acetonu.
    3. Umieść kroplę rozcieńczonych, ponownie zdyspergowanych nanocząsteczek na siatce TEM (z normalną folią węglową) umieszczonej na bibule filtracyjnej w celu wchłonięcia nadmiaru rozpuszczalnika i pozostaw siatkę do wyschnięcia na powietrzu.
    4. Przeanalizuj rozkład wielkości cząstek, obrazując co najmniej 5 różnych obszarów siatki, używając co najmniej 3 różnych powiększeń (np. 100 000X, 300 000X, 400 000X). Zmierz wielkość (i powiązany rozkład wielkości) co najmniej 300 NP z mikrofotografii.
  2. Charakterystyka TEM katalizatora Pt/C
    1. Rozcieńczyć tusz katalizatora (opisany powyżej) dwukrotnie 100% IPA. Umieść kroplę rozcieńczonego tuszu katalizatora na siatce TEM (z dziurawym lub koronkowym filmem węglowym) umieszczonej na bibule filtracyjnej, aby wchłonąć nadmiar rozpuszczalnika i pozostawić siatkę do wyschnięcia na powietrzu.
    2. Przeanalizuj rozkład wielkości cząstek, obrazując co najmniej 5 różnych obszarów siatki, używając co najmniej 3 różnych powiększeń (np. 100 000X, 300 000X, 400 000X). Zmierz wielkość (i związany z nią rozkład wielkości) co najmniej 300 NP na podstawie mikrofotografii.
      UWAGA: Obrazy TEM o lepszym kontraście uzyskuje się poprzez obserwację cząstek katalizatora Pt/C, które nie nakładają się na warstwę węglową siatki. Jest to zaleta stosowania tutaj siatek TEM z dziurawą lub koronkową folią węglową.
  3. Trawienie Pt NPs przez wodę królewską
    1. Wysuszyć katalizator Pt/C w piecu próżniowym (80 °C, 10 kPa) przez noc. Zważyć proszek katalizatora w tyglu ceramicznym.
    2. Podgrzać proszek katalizatora w tyglu pieca muflowego (powietrze, 900 °C, 30 min) w celu spalenia nośnika węglowego. Nałożyć pokrywkę na tygiel, aby zapobiec unoszeniu się proszku katalizatora podczas podgrzewania.
    3. Dodać 4 ml wody królewskiej (mieszaniny 30% HCl i 65%HNO3 w stosunku objętościowym 3:1) do tygla i podgrzewać mieszaninę na płycie grzejnej w temperaturze ok. 80 °C przez 2 h.
      UWAGA: Woda królewska jest agresywnym kwasem i należy obchodzić się z nią ostrożnie.
    4. Dostosuj końcową objętość do 10 ml za pomocą wody DI.
    5. Oznaczyć stężenie Pt w roztworze wody królewskiej za pomocą spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie (ICP-MS)15 lub spektroskopii ultrafioletowo-widzialnej (UV-Vis, opisanej poniżej).
  4. Oznaczanie obciążenia Pt za pomocą UV-Vis
    1. Zmieszać 0,75 ml 2 M HCl z 0,25 ml 1 M SnCl2 przygotowanym w 4 M HCl w kuwecie kwarcowej i dodać 1 ml próbki wody królewskiej.
    2. Zmierz widmo UV-vis mieszaniny 1,75 ml 2 M HCl i 0,25 ml 1 M SnCl2 w 4 M HCl jako linię podstawową.
    3. Zmierzyć widmo UV-VIS mieszaniny próbek (700 nm - 350 nm).
    4. Dodać 5 μl roztworu wzorcowego Pt (1 000 ppm) do roztworu próbki, dobrze wymieszać i zmierzyć widmo UV-Vis. Powtórzyć dodawanie roztworu wzorcowego Pt i pomiar 4 razy.
    5. Odjąć absorbancję przy 680 nm (linia podstawowa) od absorbancji przy 402 nm (szczyt piku) i wykreślić ją w stosunku do stężenia dodanego Pt. Oznaczyć stężenie Pt w próbce wody królewskiej od punktu przecięcia x krzywej kalibracyjnej.

3. Pomiar katalizatorów Pt/C za pomocą elektrody obrotowej (RDE)

  1. Charakterystyka tuszu katalitycznego za pomocą pomiarów rozpraszania światła
    1. Zmierz pH tuszu katalizatora za pomocą pH-metru.
    2. Rozcieńczyć tusz katalizatora 50 razy, dodając mieszaninę rozpuszczalnika IPA/H2O (1:3, v:v). Dodaj kwas lub zasadę, aby utrzymać stałe pH tuszu katalizatora.
    3. Zmierz potencjał zeta próbki rozcieńczonej 50-krotnie, używając trybu elektroforetycznego rozpraszania światła (ELS)16 urządzenia do rozpraszania światła.
    4. Zmierzyć wielkość agregatów w rozcieńczonej próbce za pomocą dynamicznego rozpraszania światła (DLS)17 urządzenia do rozpraszania światła.
  2. Wytwarzanie cienkowarstwowych katalizatorów
    1. Wypoleruj szklistą elektrodę tarczową z węgla (GC) (o średnicy 5 mm) do lustrzanego wykończenia za pomocą pasty z tlenku glinu (najpierw 0,3 μm, a następnie 0,05 μm) i wyczyść ją ultradźwiękowo w wodzie DI.
    2. Odpipetować 5 μl porcji tuszu katalizatora na elektrodę GC, prowadząc do obciążenia Pt 10 μgPt cm-2. Wysuszyć tusz pod przepływem gazu Ar zwilżonego mieszaniną IPA i wody DI (17:3, v:v) w bełkotce.
      UWAGA: Warunki suszenia można zoptymalizować, zmieniając stosunek wody IPA i DI w bełkotce.
    3. Upewnij się, że powierzchnia elektrody GC jest równomiernie pokryta cienką warstwą katalizatora za pomocą kamery CCD.
  3. Pomiary elektrochemiczne
    1. We wszystkich pomiarach elektrochemicznych należy stosować elektrochemiczne ogniwo szklane lub politetrafluoroetylenowe (PTFE) oparte na konfiguracji trzykomorowej. Użyj zmodyfikowanej elektrody dyskowej GC, siatki platynowej i elektrody uwięzionej wodoru/nasyconego kalomelu (SCE) jako odpowiednio elektrody roboczej, przeciwelektrody i elektrody odniesienia.
      UWAGA: Podkomora ogniwa dla elektrody odniesienia musi być oddzielona od komory głównej membraną perfluorowaną (np. membraną nafionową), gdy stosuje się SCE, aby uniknąć dyfuzji jonów chlorkowych.
    2. Namocz komórkę i składniki w mieszaninie kwasu (H2, SO, 4:HNO3 = 1:1, v:v) przez noc. Następnie dokładnie wypłucz komórkę i inne elementy wodą DI i dwukrotnie zagotuj je w wodzie DI.
      UWAGA: Czyść ogniwo zmieszanym kwasem co najmniej raz w miesiącu (w zależności od częstotliwości użytkowania).
      UWAGA: Z zmieszanym kwasem należy obchodzić się ostrożnie. Pomiędzy eksperymentami elektrochemicznymi zagotuj i trzymaj ogniwo w wodzie demineralizowanej przykrytej pokrywką.
    3. Wlać 0,1 M roztwór elektrolitu HClO4 do ogniwa elektrochemicznego. Umieść 3 elektrody (elektrodę roboczą, elektrodę przeciwelektrodową i elektrodę odniesienia) w każdej komorze ogniwa i podłącz elektrody do potencjostatu.
    4. Zmierz rezystancję elektrolitu między elektrodą roboczą a kapilarą Luggin (iR-drop; ~30 Ω) i skompensuj ją podczas całego procesu pomiaru, korzystając ze schematu analogowego dodatniego sprzężenia zwrotnego potencjostatu. Uzyskana efektywna rezystancja roztworu jest mniejsza niż 3 Ω,
      UWAGA: Jeśli potencjostat nie ma schematu analogowego sprzężenia zwrotnego, zastosuj programową kompensację iR-drop.
    5. Skalibruj elektrodę odniesienia. Oczyść elektrolit gazemH2 i zeskanuj potencjał z szybkością skanowania 50 mV s-1. Określ potencjał, w którym gęstość prądu jest równa 0 mA cm-2 jako 0 V w stosunku do odwracalnej elektrody wodorowej (RHE).
    6. Przedmuchnąć elektrolit gazem Ar (ok. 0,3 l min-1). Oczyść katalizatory za pomocą cykli potencjału od 0,05 do 1,20 V z szybkością skanowania 0,05 V s-1, aż do uzyskania stabilnego cyklicznego woltammogogramu (~50 cykli).
    7. Wykonaj pomiary tła.
      1. Zapisać cykliczny woltammogram (CV) jako pomiar tła. Przedmuchnąć elektrolit gazem Ar (ok. 0,3 l min-1). Przemiatanie potencjału w zakresie od 0,05 do 1,10 V z szybkością skanowania 0,05 V s-1.
    8. Wykonaj pomiar aktywności ORR.
      1. Zapisać cykliczny woltammogram w elektrolicie oczyszczonymO2 (ok. 0,3 l min-1). Przemiatanie potencjału od 0,05 do 1,10 V przy szybkości skanowania 0,05 V s-1 i prędkości obrotowej 1,600 obr./min.
    9. Wykonaj woltamperometrię strippingową CO.
      1. Utrzymuj elektrodę roboczą pod napięciem 0,05 V podczas przedmuchiwania CO (ok. 0,3 l min-1) przez elektrolit przez 5 minut, a następnie przedmuchiwania Ar (ok. 0,3 l min-1) przez 10 minut. Następnie przemiataj potencjał od 0,05 V do 1,10 V z szybkością skanowania 0,05 V s-1,
        UWAGA: Sprawdź, czy dozwolone jest stosowanie gazu CO; Jeśli tak, prace te należy wykonać w dygestoriach i należy przestrzegać środków bezpieczeństwa.
    10. Po pomiarach elektrochemicznych przenieść folie katalizatora z elektrody GC na bibułę, naciskając elektrody na papier zwilżony wodą i sfotografować przeniesione warstwy katalizatora.
  4. analiza danych
    1. Obliczyć pole powierzchni elektrochemicznej (ECSA) katalizatora na podstawie ładunku QCO piku utlenienia CO, biorąc pod uwagę prędkość skanowania Wykres równowagi statycznej, ΣFx=0, MA=0, ilustrujący zasady równowagi sił i równowagi mechanicznej., obciążenie Pt L i używając współczynnika konwersji 390 μC cm-2Pt (proces dwuelektronowy)6.
      UWAGA: Alternatywnie, ECSA można obliczyć na podstawie obszaru Hupd (QH) cyklicznego woltammogogramu zarejestrowanego w elektrolicie przedmuchiwanym Ar przy użyciu współczynnika konwersji 195 μC cm-2Pt (proces jednoelektronowy).
      Równanie wymiany ciepła \(Q_{CO,H} = \int \frac{j\,dE}{v}\), analiza wzoru.
      Wzór ECSA, obliczanie pola powierzchni elektrochemicznej, równanie do analizy aktywności katalizatora
    2. Skorygować tło niefaradaiczne, odejmując cykliczny woltammogram zapisany w elektrolicie oczyszczonym w Ar od woltamnogramy zarejestrowanej w elektrolicie oczyszczonymO2. Wyznaczyć gęstość prądu kinetycznego ORR, jk, korzystając ze skanu anodowego skorygowanego woltamnogu i równania Koutecky'ego-Levicha:
      Wzór układu optycznego, 1/j=1/jk+1/jd, równania do analizy konfiguracji obiektywu.
      UWAGA: Tutaj j i j d są reprezentatywne odpowiednio dla zmierzonej gęstości prądu i dyfuzji ograniczającej gęstość prądu.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ciemnobrązowa, koloidalna zawiesina Pt NPs jest uzyskiwana z sekcji protokołu 1.1 (Rysunek 1, po lewej). Zawiesina koloidalna jest tak stabilna, że może być przechowywana przez ponad 1 miesiąc bez żadnych opadów. Większe Pt NPs są syntetyzowane przez zmniejszenie stężenia NaOH18. Jednak zawiesina koloidalna staje się mniej stabilna poprzez zmniejszenie stężenia NaOH. Jako skrajny przykład, całkowicie aglomerowane NP Pt są otrzymywane, gdy prekursor Pt jest podgrzewany w EG bez NaOH (Rysunek 1, po prawej).

Proces sedymentacji gleby; probówki z osadzonymi i zawieszonymi cząstkami; eksperyment sedymentacyjny.
Rysunek 1: Fotografia koloidalnych zawiesin Pt NPs w EG. (Po lewej) Dobrze rozproszone Pt NPs uzyskano zgodnie z protokołem 1.1. (Po prawej) Aglomerowane nanocząsteczki Pt otrzymane przez ogrzewanie prekursora Pt w EG bez NaOH.

Dobrze zdyspergowany katalizator Pt/C jest uzyskiwany z sekcji protokołu 1.2, jak pokazano w Rysunek 2a. Gdy stosuje się mniej stabilną zawiesinę koloidalną, np. większych NP Pt, można zaobserwować znaczną aglomerację NP Pt na podłożu węglowym (Rysunek 2b).

Nanocząsteczkowe obrazy TEM; porównanie morfologii materiału; podziałka liniowa 50 nm; mikroskopia elektronowa.
Rysunek 2: Obrazy TEM katalizatorów Pt/Vulcan o stężeniu 50% wag. a) Nanocząsteczki Pt o długości fali 2 nm są dobrze rozproszone na nośnikach węglowych. b) Nanocząsteczki Pt o długości 4 nm są aglomerowane na nośnikach węglowych.

Reprezentatywne wyniki pomiarów UV-Vis do oznaczania stężenia Pt w wodzie królewskiej (protokół 2.4) są pokazane w Rysunek 3a. Po dodaniu SnCl2 do próbki wody królewskiej, Pt w wodzie królewskiej jest redukowany z Pt(IV) do Pt(II), co prowadzi do powstania roztworu o żółtym zabarwieniu. Rysunek 3b to krzywa kalibracyjna uzyskana z widm w Rysunek 3a. Na podstawie tej krzywej kalibracyjnej określa się stężenie Pt w mieszaninie próbki na 3,68 ppm.

Widma absorbancji i krzywa kalibracyjna do analizy stężenia Pt, metody chromatograficznej, danych spektroskopowych.
Rysunek 3: Reprezentatywne wyniki pomiaru UV-Vis w celu określenia stężenia Pt w wodzie królewskiej. a) Widma UV-vis próbki wody królewskiej z SnCl2 przed i po dodaniu roztworu wzorcowego Pt (5–20 μl). b) Krzywa kalibracyjna otrzymana przez wykreślenie różnic między absorbancją przy 402 nm a absorbancją przy 680 nm w stosunku do stężenia dodanego Pt. Stężenie Pt w roztworze próbki wyznacza się na podstawie punktu przecięcia x krzywej kalibracyjnej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunki 4a-b są reprezentatywnymi przykładami jednorodnej cienkiej warstwy katalizatora wytwarzanej na elektrodzie GC zgodnie z protokołem 3.2. Cała powierzchnia elektrody GC jest równomiernie pokryta filmem katalizatora, bez znaczącej aglomeracji. Rysunek 4c-d to typowe niejednorodne cienkie warstwy katalizatora, wytwarzane przez suszenie tuszu katalizatora w powietrzu. Katalizator aglomeruje się na krawędzi elektrody GC i tworzy tzw. coffee ring19.

Analiza mikrostruktury SEM dwóch powlekanych powierzchni przy 100 μm, wykazująca różnice w teksturze powierzchni.
Rysunek 4: Fotografie i obrazy SEM jednorodnej i niejednorodnej cienkiej warstwy katalizatora wytworzonej na elektrodzie GC. lit. a,b) Jednorodny cienki film katalizatora wytwarzany zgodnie z protokołem. lit. c,d) Niejednorodna cienka warstwa katalizatora z "pierścieniem kawowym" wytwarzana przez suszenie tuszu katalizatora w powietrzu. (a) i (c) są pełnymi obrazami cienkich warstw katalizatora. b) i d) są obrazami SEM cienkich warstw katalizatora wykonanymi na krawędzi dysków GC.

Rysunek 5 to przykład cyklicznego woltammogogramu mierzonego w elektrolicie nasyconym H2 w celu kalibracji potencjału elektrody referencyjnej względem RHE (protokół 3.3.5). Średnia potencjałów, w których gęstość prądu wynosi 0 mA cm-2 zarówno w skanowaniu dodatnim, jak i skanowaniu ujemnym, określa się jako "0 V w funkcji RHE".

Wykres analizy elektrochemicznej; gęstość prądu a potencjał; Wyniki eksperymentu woltamperometrycznego.
Rysunek 5: Cykliczny woltogram w elektrolicie nasyconym H2 do kalibracji potencjału elektrody odniesienia względem RHE (50 mV s-1, 1600 obr./min). Średnia potencjałów, w których gęstość prądu wynosi 0 mA cm-2 zarówno w skanowaniu dodatnim, jak i ujemnym, jest zdefiniowana jako 0 V w funkcji odwracalnej elektrody wodorowej (RHE) (patrz przerywane czerwone linie).

Pokazane w Rysunek 6 to cykliczne woltammogramy w elektrolicie nasyconym Ar i woltammogramy liniowe (LSV) w elektrolicie nasyconym O2 dla katalizatora 50% wagowego Pt/Vulcan uzyskanego z pomiaru RDE (protokół 3.3.7 i 3.3.8). Po wystarczającej liczbie cykli czyszczenia w kroku 3.4.6 protokołu uzyskuje się czerwony CV w Rysunek 6a. Gdy katalizator nie jest wystarczająco oczyszczony, ramię piku utleniania Pt około 0,8 V jest mniej ostre niż w przypadku dobrze oczyszczonego katalizatora (Rysunek 6a, szare CV). Kształt LSV w elektrolicie nasyconymO2 jest bardzo wrażliwy na jakość cienkiej warstwy katalizatora (Rysunek 6b). Gdy cienka warstwa katalizatora jest jednorodna, jak w Rysunek 4a, dyfuzja O2 ograniczająca gęstość prądu (poniżej 0,8 V) jest obserwowana około -6 mA cm-2, a ramię krzywej LSV około 0,8 V jest ostre (Rysunek 6b, czerwony). Z drugiej strony, gęstość prądu ograniczającego dyfuzjęO2 jest mniejsza, a ramię krzywej LSV jest mniej ostre, gdy cienka warstwa katalizatora jest niejednorodna, jak w Rysunek 4c, lub powierzchnia elektrody GC nie jest w pełni pokryta cienką warstwą katalizatora.

Cykliczne wykresy woltamperometryczne przedstawiające gęstość prądu w funkcji potencjału; analiza elektrochemiczna.
Rysunek 6: Reprezentatywne przykłady dla "dobrych" i "złych" woltammogram dla katalizatora 50% wag. Pt/Vulcan. a) Cykliczne woltammogramy w elektrolicie nasyconym Ar (50 mV s-1). (b) LSV w elektrolicie nasyconymO2 (1 600 obr./min, 50 mV/s, skanowanie dodatnie, odjęcie tła, kompensacja iR). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Pokazane w Rysunek 7 to cykliczny woltammogram zapisany w elektrolicie nasyconym Ar z obszarem Hupd wskazanym (a) oraz woltamnogram strippingowy CO z ładunkiem strippingu wskazanym (b). Oba pomiary uzyskano dla katalizatora Pt/Vulcan o stężeniu 50% wag. Na podstawie obszaru pod szczytami oblicza się pole powierzchni Pt (ECSA), patrz krok 3.4.1.

Wykresy woltamperometrii cyklicznej z analizą gęstości potencjału i prądu; badanie elektrochemiczne.
Rysunek 7: Reprezentatywny woltammogram cykliczny (a) i woltammogram strippingowy CO (b) dla katalizatora 50% wag. Pt/Vulcan (50 mV s-1). Opłata Hupd i opłata za usuwanie CO są podświetlone odpowiednio na niebiesko i różowo. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Wyniki pomiarów RDE katalizatora 50% wag. Pt/Vulcan (ECSA, aktywność właściwa ORR i aktywność masowa przy 0,9 VRHE) są podsumowane w Tabeli 1. Wyniki dla komercyjnego katalizatora Pt/C o podobnej wielkości cząstek Pt i podobnym obciążeniu Pt są również przedstawione w tabeli.

Wielkość cząstek PtEcsaDziałalność specyficzna dla ORRAktywność masowa ORR
[nm][m2 g-1Pt][μA cm-2Pt][A g-1pkt]
50 % wag.% Pt/Vulcancyfra arabska102 ± 3852 ± 66879 ± 82
46% wag. Pt/C (TKK)2-393 ± 3738 ± 30683 ± 31

Tabela 1: Podsumowanie wyników pomiarów TF-RDE dla katalizatora 50% wag. Pt/Vulcan i komercyjnego katalizatora 46% wag. Pt/C. Zmierzone wartości są pokazane z odchyleniem standardowym. ECSA = pole powierzchni elektrochemicznej, ORR = reakcja redukcji tlenu, TKK = Tanaka Kikinzoku Kogyo.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Powszechnie wiadomo, że aktywność ORR katalizatorów o dużej powierzchni mierzona techniką TF-RDE w dużym stopniu zależy od jednorodności cienkowarstwowej warstwy katalizatora 6,9,10,14,19. Kilka grup zgłosiło metody wytwarzania jednorodnych cienkich warstw katalizatora na elektrodach GC, a naukowcy powinni starannie zoptymalizować swoją metodę suszenia przed wejściem w ten obszar badawczy20. Stosowanie metod rotacyjnych19 pozwala na większą elastyczność w powlekaniu grubszych warstw katalizatora, podczas gdy metody stacjonarne mają tę zaletę, że można przygotować wiele elektrod w tym samym czasie. Jako przykład stacjonarnej metody suszenia, Shinozaki i in. poinformowali niedawno, że jednolite cienkie warstwy katalizatora są wytwarzane przez suszenie tuszu katalizatora w atmosferze IPA10. Wytwarzanie cienkich warstw katalizatora w tym protokole opiera się na ich metodzie. Jednakże tusze katalizatora są suszone w nawilżonym strumieniu gazu, a nie w atmosferze stacjonarnej (protokół 3.3.2). Zaletą tej zmodyfikowanej metody jest to, że warunki suszenia można łatwo dostosować, zmieniając stosunek między IPA a wodą w bełkotce. Rysunek 8 pokazuje, że jednorodność cienkiej warstwy katalizatora jest optymalizowana poprzez zmianę warunków nawilżania.

Drying pattern results for various isopropanol-water ratios in petri dishes; humidity effect diagram.
Rysunek 8: Fotografie cienkiej warstwy katalizatora wytworzonej na elektrodach GC w różnych warunkach suszenia. Stosunek izopropanolu (IPA) doH2Ow bełkotce został zmieniony w celu optymalizacji warunków suszenia. a) 100% IPA, b) 90% IPA / 10% H2O, c) 80% IPA / 20% H2O, d) 70% IPA / 30% H2O. c) charakteryzuje się najlepszymi warunkami suszenia w tym przypadku, ponieważ najbardziej jednorodna cienka warstwa katalizatora jest wytwarzana na elektrodzie GC. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Stwierdziliśmy również, że pH tuszy katalizatora jest ważnym parametrem, który należy zoptymalizować w celu uzyskania jednorodnych cienkich warstw katalizatora, jak podano w literaturze14. Rysunek 9 przedstawia różną stabilność farb katalitycznych o różnym pH. Ponieważ HCl jest używany do przemywania Pt NPs w protokole 1.3.3, tusz katalizatora zwykle staje się kwaśny bez dodatku KOH. Kwaśny tusz katalizatora nie jest szczególnie stabilny, a większość cząstek katalizatora Pt / C osiada na dnie 1 tydzień po sonikacji. Neutralny atrament jest bardziej stabilny niż atrament kwaśny, mimo że na dnie widoczne są pewne osady. Tusz alkaliczny jest najbardziej stabilny i nie widać osadu 1 tydzień po sonikacji. Ta zależność pH stabilności tuszu katalizatora jest wyjaśniona wielkością potencjału zeta, który staje się większy wraz ze wzrostem pH14.

Nanomaterial dispersion, three vials, stability test setup, dispersion uniformity evaluation diagram.
Rysunek 9: Fotografie tuszy katalizatora o różnym pH: (po lewej) pH ≈4, (środkowe) pH ≈ 7, (po prawej) pH ≈ 10. Zdjęcia wykonywane są 1 tydzień po sonikacji. Dyspersja atramentu kwaśnego jest znacznie mniej stabilna niż atramentu obojętnego i zasadowego.

Nie tylko stabilność tuszy katalizatora, ale także jednorodność otrzymanej cienkiej warstwy katalizatora zależy od pH tuszu katalizatora. Wysoce aglomerowane cienkie warstwy katalizatora uzyskuje się, gdy stosuje się atramenty kwaśne (rysunek 10a,d). Chociaż nie ma znaczącej różnicy widocznej dla oka między cienkimi warstwami katalizatora wykonanymi z neutralnego tuszu a z atramentu alkalicznego (rysunek 10b,c), obrazy SEM ujawniają, że w cienkiej warstwie katalizatora otrzymanej z neutralnego tuszu znajdują się pewne aglomeraty, podczas gdy w cienkiej warstwie katalizatora otrzymanej z atramentu alkalicznego nie widać znaczących aglomeratów (rysunek 10e, f).

pH ink effect on paper texture; optical microscopy images (a-c) pH 4-10; SEM images (d-f) scale 20µm.
Rysunek 10: Fotografie warstw katalizatora przeniesionych na papier (a-c) oraz obrazy SEM warstw katalizatora na elektrodach GC (d-f). lit. a,d) Folia katalizatora wykonana z atramentu o kwaśnym (pH ≈ 4), (b,e) folia katalizatora wykonana z atramentu o neutralnym (pH ≈ 7) oraz (c,f) folia katalizatora wykonana z atramentu alkalicznego (pH ≈ 10). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Oprócz jakości filmu katalitycznego, szybkość skanowania4 i kompensacja oporności ogniwa mają wpływ na określenie aktywności ORR8. W naszym zestawie pomiarowym rezystancja ogniwa bez kompensacji iR wynosi zwykle około 30 Ω. Jest ona zmniejszana do mniej niż 3 Ω przy użyciu kompensacji iR potencjostatu (ryc. 11a,b). LSV mierzone w elektrolicie nasyconymO2 z kompensacją iR i bez niej porównano na rysunku 11c. Zauważalne przesunięcie potencjału spowodowane rezystancją ogniwa obserwuje się przy około 0,9 VRHE, gdzie oceniana jest aktywność ORR. Jako szybkość skanowania dla LSV wybraliśmy 50 mV s-1, podczas gdy inne grupy5 preferują 20 mV s-1, a zespoły elektrod membranowych (MEA) są często testowane w warunkach stanu ustalonego4. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku badań TF-RDE można stwierdzić, że im niższa szybkość skanowania, tym bardziej pomiar staje się podatny na ewentualne zanieczyszczenia. W testach MEA stosowane są znacznie wyższe prądy. W szczególności w przypadku zastosowań motoryzacyjnych szczególnie interesująca jest wysoka wydajność energetyczna21. Skanowanie potencjału doprowadziłoby do poważnych błędów, gdyby nie zastosowano odszkodowania iR online.

Ze względu na te różnice, należy zachować ostrożność przy bezpośrednich prognozach wydajności MEA na podstawie pomiarów TF-RDE. TF-RDE powinien być postrzegany jako szybka metoda badania przesiewowego wewnętrznej aktywności ORR katalizatorów PEMFC, a nie alternatywa dla testów MEA.

Electrochemical measurement setup, Ohm readings, current density vs. potential graph, IR compensation.
Rysunek 11: Wpływ kompensacji iR na pomiar. lit. a,b) Zrzuty ekranu interfejsu programu "EC4 DAQ" z i bez kompensacji iR. c) LSV mierzone w elektrolicie nasyconymO2 z kompensacją iR (kolor czerwony) i bez kompensacji iR (szary) (50 mV s-1, 1 600 obr./min, odejmowany od podłoża). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Całą procedurę podsumowano na rysunku 12. Oprócz omówionych standardowych metod charakteryzacji, otrzymana koloidalna zawiesina Pt NPs i katalizator Pt/C mogą być również badane bardziej zaawansowanymi metodami, takimi jak rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego pod małym kątem (SAXS)22 lub spektroskopia absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAS)23.

Nanoparticle synthesis process diagram with steps: synthesis, washing, dispersion, testing.
Rysunek 12: Przegląd kroków eksperymentalnych. Przedstawiono odpowiednie metody charakterystyki i kontrolowane parametry dla każdego etapu eksperymentalnego w tym protokole. TEM = transmisyjna mikroskopia elektronowa, SAXS = rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego pod małym kątem, EXAFS = rozszerzona absorpcja promieniowania rentgenowskiego o drobnej strukturze, XANES = absorpcja promieniowania rentgenowskiego o drobnej strukturze, ICP-MS = spektrometria mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie, DLS = dynamiczne rozpraszanie światła, CCD = urządzenie sprzężone z ładunkiem, SEM = skaningowa mikroskopia elektronowa. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

J.Q. i M.A. dziękują za wsparcie od Fundacji Villum w formie stypendium blokowego. M.I. i M.A. dziękują za wsparcie od Toyota Central R&D Labs., Inc. J.Q. otrzymał dofinansowanie z programu Unii Europejskiej Horyzont 2020 w zakresie badań i innowacji w ramach umowy grantowej nr 703366 Marie Skłodowska-Curie.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Glikol etylenowySigma-Aldrich293237-1L99,8%
Wodorotlenek soduFisher ChemicalAC13407001098%
Kwas heksachloroplatynowy(IV) sześciowodnyAlfa Aesar1105199,9%
Kwas solnyMerck100317100037%
Kwas azotowyDowolna60%
Kwas siarkowyDowolna96%
Kwas nadchlorowyMerck100517025070%, Suprapur
Hydrat wodorotlenku potasuMerck105002050099,995%, Suprapur
Dwuwodny chlorek cyny(II)Sigma-Aldrich31669-100G>98%
Platynowy standard dla AASSigma-Aldrich47037-100ML1000 mg/L ± 4 mg/L
AcetonAlfa Aesar3069899.5+%
IzopropanolAlfa Aesar3664499.5%
SadzaCabotVulcan XC 72R
46% wag. Pt/CTanaka Kikinzoku KogyoTEC10E50E
Ar gazAir Liquide99.999%
O2 gazAir Liquide99.999%
CO gazAir Liquide99.97%
H2 gazAir Liquide99.999%
Reaktor mikrofalowyCEMOdkryj SP
WirówkaCorning6759
Parownik obrotowyKNFRC600
Kąpiel ultradźwiękowaQualilabUSR 54 H35 kHz, 160/320 W
Bibuła filtracyjnaAlbetDP595 055Współczynnik retencji 4-7 &mikro; m, φ Tygiel 55 mm
VWR459-020212 ml
Pokrywka do tyglaVWR459-0216φ
pH-metrVWRSymphony SP70P
Elektroda szklana (do pH-metru)Mettler ToledoInLab Routine
Rozpraszanie światłaMikroskop Anton PaarLitesizer
TEMFEITecani Spirit
TEM siatkaQuantifoilN1-C73nCu20-01Klasyczna folia węglowa, siatka TEM Cu 200 mesh
QuantifoilKlasyczna dziurawa folia węglowa, siatka TEM Cu 200 mesh
QuantifoilN1-C74nCu20-01Klasyczna koronkowa folia węglowa,
spektrofotometr UV-visVarianCARY 5E
Nasycona elektroda kalomelowaSchottB3510+
Membrana perfluorowanaMagazyn ogniw paliwowych591239Nafion 117
Rotator RDERajometr AnalitycznyEDI101
PotencjostatNordic ElectrochemistyECi 200
Program do sterowania i akwizycji danychNordic ElectrochemistyEC4 DAQ
Program do analizy danychNordic ElectrochemistyEC4 VIEW
35 mm Cu 200 mesh

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Toward sustainable fuel cells. Science. 354 (6318), 1378-1379 (2016).">Stephens, I. E. L., Rossmeisl, J., Chorkendorff, I. Toward sustainable fuel cells. Science. 354 (6318), 1378-1379 (2016).
  2. Highly Crystalline Multimetallic Nanoframes with Three-Dimensional Electrocatalytic Surfaces. Science. 343 (6177), 1339-1343 (2014).">Chen, C., et al. Highly Crystalline Multimetallic Nanoframes with Three-Dimensional Electrocatalytic Surfaces. Science. 343 (6177), 1339-1343 (2014).
  3. Characterization of high-surface area electrocatalysts using a rotating disk electrode configuration. J. Electrochem. Soc. 145 (7), 2354-2358 (1998).">Schmidt, T. J., et al. Characterization of high-surface area electrocatalysts using a rotating disk electrode configuration. J. Electrochem. Soc. 145 (7), 2354-2358 (1998).
  4. Activity benchmarks and requirements for Pt, Pt-alloy, and non-Pt oxygen reduction catalysts for PEMFCs. Appl. Catal. B-Environm. 56 (1-2), 9-35 (2005).">Gasteiger, H. A., Kocha, S. S., Sompalli, B., Wagner, F. T. Activity benchmarks and requirements for Pt, Pt-alloy, and non-Pt oxygen reduction catalysts for PEMFCs. Appl. Catal. B-Environm. 56 (1-2), 9-35 (2005).
  5. Best Practices and Testing Protocols for Benchmarking ORR Activities of Fuel Cell Electrocatalysts Using Rotating Disk Electrode. Electrocatalysis. 8 (4), 366-374 (2017).">Kocha, S. S., et al. Best Practices and Testing Protocols for Benchmarking ORR Activities of Fuel Cell Electrocatalysts Using Rotating Disk Electrode. Electrocatalysis. 8 (4), 366-374 (2017).
  6. Measurement of oxygen reduction activities via the rotating disc electrode method: From Pt model surfaces to carbon-supported high surface area catalysts. Electrochim. Acta. 53 (7), 3181-3188 (2008).">Mayrhofer, K. J. J., et al. Measurement of oxygen reduction activities via the rotating disc electrode method: From Pt model surfaces to carbon-supported high surface area catalysts. Electrochim. Acta. 53 (7), 3181-3188 (2008).
  7. An Electrochemical Cell Configuration Incorporating an Ion Conducting Membrane Separator between Reference and Working Electrode. Intern. J. Electrochem. Sci. 4 (1), 1-8 (2009).">Mayrhofer, K. J. J., Ashton, S. J., Kreuzer, J., Arenz, M. An Electrochemical Cell Configuration Incorporating an Ion Conducting Membrane Separator between Reference and Working Electrode. Intern. J. Electrochem. Sci. 4 (1), 1-8 (2009).
  8. The Particle Size Effect on the Oxygen Reduction Reaction Activity of Pt Catalysts: Influence of Electrolyte and Relation to Single Crystal Models. J. Am. Chem. Soc. 133 (43), 17428-17433 (2011).">Nesselberger, M., et al. The Particle Size Effect on the Oxygen Reduction Reaction Activity of Pt Catalysts: Influence of Electrolyte and Relation to Single Crystal Models. J. Am. Chem. Soc. 133 (43), 17428-17433 (2011).
  9. An accurate evaluation for the activity of nano-sized electrocatalysts by a thin-film rotating disk electrode: Oxygen reduction on Pt/C. Electrochim. Acta. 72, 120-128 (2012).">Ke, K., Hiroshima, K., Kamitaka, Y., Hatanaka, T., Morimoto, Y. An accurate evaluation for the activity of nano-sized electrocatalysts by a thin-film rotating disk electrode: Oxygen reduction on Pt/C. Electrochim. Acta. 72, 120-128 (2012).
  10. Oxygen Reduction Reaction Measurements on Platinum Electrocatalysts Utilizing Rotating Disk Electrode Technique. J. Electrochem. Soc. 162 (10), F1144-F1158 (2015).">Shinozaki, K., Zack, J. W., Richards, R. M., Pivovar, B. S., Kocha, S. S. Oxygen Reduction Reaction Measurements on Platinum Electrocatalysts Utilizing Rotating Disk Electrode Technique. J. Electrochem. Soc. 162 (10), F1144-F1158 (2015).
  11. Properties of the hydrogen oxidation reaction on Pt/C catalysts at optimised high mass transport conditions and its relevance to the anode reaction in PEFCs and cathode reactions in electrolysers. Electrochim. Acta. 176, 763-776 (2015).">Zalitis, C. M., Sharman, J., Wright, E., Kucernak, A. R. Properties of the hydrogen oxidation reaction on Pt/C catalysts at optimised high mass transport conditions and its relevance to the anode reaction in PEFCs and cathode reactions in electrolysers. Electrochim. Acta. 176, 763-776 (2015).
  12. Design and test of a flexible electrochemical setup for measurements in aqueous electrolyte solutions at elevated temperature and pressure. Rev. Sci. Instr. 85 (8), 085105(2014).">Wiberg, G. K. H., Fleige, M. J., Arenz, M. Design and test of a flexible electrochemical setup for measurements in aqueous electrolyte solutions at elevated temperature and pressure. Rev. Sci. Instr. 85 (8), 085105(2014).
  13. Gas diffusion electrode setup for catalyst testing in concentrated phosphoric acid at elevated temperatures. R Rev. Sci. Instr. 86 (2), 024102(2015).">Wiberg, G. K. H., Fleige, M., Arenz, M. Gas diffusion electrode setup for catalyst testing in concentrated phosphoric acid at elevated temperatures. R Rev. Sci. Instr. 86 (2), 024102(2015).
  14. pH matters: The influence of the catalyst ink on the oxygen reduction activity determined in thin film rotating disk electrode measurements. J. Power Sources. 353, 19-27 (2017).">Inaba, M., Quinson, J., Arenz, M. pH matters: The influence of the catalyst ink on the oxygen reduction activity determined in thin film rotating disk electrode measurements. J. Power Sources. 353, 19-27 (2017).
  15. Dissolution of Platinum in the Operational Range of Fuel Cells. ChemElectroChem. 2 (10), 1471-1478 (2015).">Cherevko, S., et al. Dissolution of Platinum in the Operational Range of Fuel Cells. ChemElectroChem. 2 (10), 1471-1478 (2015).
  16. Electrophoretic light scattering. Adv. Colloid Interface Sci. 4 (1), 1-44 (1974).">Ware, B. R. Electrophoretic light scattering. Adv. Colloid Interface Sci. 4 (1), 1-44 (1974).
  17. Dynamic Light Scattering, with applications to Chemistry, Biology and Physics. , Dover Publication Inc. (2000).">Berne, B. J., Pecora, R. Dynamic Light Scattering, with applications to Chemistry, Biology and Physics. , Dover Publication Inc. (2000).
  18. Infrared spectroscopy on size-controlled synthesized Pt-based nano-catalysts. Surf. Sci. 600 (17), 3502-3511 (2006).">Baranova, E. A., Bock, C., Ilin, D., Wang, D., MacDougall, B. Infrared spectroscopy on size-controlled synthesized Pt-based nano-catalysts. Surf. Sci. 600 (17), 3502-3511 (2006).
  19. Impact of film drying procedures on RDE characterization of Pt/VC electrocatalysts. J. of Electroanal. Chem. 662 (2), 396-406 (2011).">Garsany, Y., Singer, I. L., Swider-Lyons, K. E. Impact of film drying procedures on RDE characterization of Pt/VC electrocatalysts. J. of Electroanal. Chem. 662 (2), 396-406 (2011).
  20. Experimental Methods for Quantifying the Activity of Platinum Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction. Anal. Chem. 82 (15), (2010).">Garsany, Y., Baturina, O. A., Swider-Lyons, K. E., Kocha, S. S. Experimental Methods for Quantifying the Activity of Platinum Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction. Anal. Chem. 82 (15), (2010).
  21. The Priority and Challenge of High-Power Performance of Low-Platinum Proton-Exchange Membrane Fuel Cells. J. Phys. Chem. Lett. 7 (7), 1127-1137 (2016).">Kongkanand, A., Mathias, M. F. The Priority and Challenge of High-Power Performance of Low-Platinum Proton-Exchange Membrane Fuel Cells. J. Phys. Chem. Lett. 7 (7), 1127-1137 (2016).
  22. Pt based PEMFC catalysts prepared from colloidal particle suspensions - a toolbox for model studies. Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (10), 3602-3608 (2013).">Speder, J., et al. Pt based PEMFC catalysts prepared from colloidal particle suspensions - a toolbox for model studies. Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (10), 3602-3608 (2013).
  23. Nanoparticles in a box: a concept to isolate, store and re-use colloidal surfactant-free precious metal nanoparticles. J. Mat. Chem. A. 5 (13), 6140-6145 (2017).">Neumann, S., et al. Nanoparticles in a box: a concept to isolate, store and re-use colloidal surfactant-free precious metal nanoparticles. J. Mat. Chem. A. 5 (13), 6140-6145 (2017).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Cienkowarstwowy elektroda z obrotow elektrod robocz RDEnanopartyku y Ptno nik w glowytusz katalitycznyelektroda z w gla szklistegostripping COadunek Hupdtrawienie w wodzie kr lewskiejelektrochemiczna powierzchnia w a ciwa

Powiązane artykuły