Summary
ويصف البروتوكول توليف واختبار الكهروكيميائية لاسلاك البلاتين والنيكل. تم توليف أسلاك بتشريد غلفانيه قالب أسلاك متناهية الصغر النيكل. التوليف ما بعد المعالجة، بما في ذلك الهيدروجين الصلب وحمض النض والصلب الأكسجين استخدمت لتحسين أداء أسلاك متناهية الصغر والمتانة في رد فعل الحد من الأوكسجين.
Abstract
أسلاك البلاتين والنيكل (Pt-ني) وضعت كخلية الوقود اليكتروكاتاليستس، وكانت الأمثل للأداء والمتانة في رد فعل الحد من الأكسجين. واستخدمت التشرد غلفانيه عفوية إيداع طبقات حزب العمال على ركائز أسلاك متناهية الصغر ني. النهج التجميعي إنتاج المواد الحفازة بأنشطة محددة عالية وعالية Pt المساحات السطحية. الهيدروجين الصلب تحسن النشاط خلط وتحديداً حزب العمال والمؤسسات الوطنية. النض حمض استخدمت بشكل تفضيلي إزالة ني قرب السطح أسلاك متناهية الصغر، والأكسجين الصلب كان يستخدم لتحقيق استقرار ني القريبة من السطح، تحسين متانة والتقليل إلى أدنى حد ني انحلال. هذه البروتوكولات بالتفصيل الأمثل لكل خطوة من خطوات تجهيز التوليف فيما بعد، بما في ذلك الهيدروجين الصلب إلى 250 درجة مئوية، والتعرض لحمض النيتريك 0.1 M، والأكسجين الصلب إلى 175 درجة مئوية. من خلال هذه الخطوات، تنتج أسلاك بط ني زيادة الأنشطة أكثر من حجم من جسيمات نانوية Pt، حين تقدم تحسينات كبيرة من المتانة. البروتوكولات المقدمة تستند إلى نظم بط ني في تطوير عوامل حفازة خلية الوقود. هذه التقنيات قد استخدمت أيضا لمجموعة متنوعة من تركيبات معدنية، ويمكن تطبيقها على تطوير عوامل حفازة لعدد من العمليات الكهروكيميائية.
Introduction
خلايا وقود غشاء تبادل البروتون مقيدة جزئيا بكمية وتكلفة البلاتين المطلوبة في طبقة محفز، التي يمكن أن تستأثر بنصف تكاليف خلية الوقود1. في خلايا الوقود، المواد متناهية الصغر توضع عادة كعوامل حفازة في الحد من الأكسجين، نظراً لأن رد الفعل كينيتيكالي أبطأ من أكسدة الهيدروجين. جسيمات نانوية Pt المدعومة من الكربون كثيرا ما تستخدم كالأوكسجين الحد اليكتروكاتاليستس بسبب تلك المساحة السطحية العالية؛ بيد أنها محددة النشاط الانتقائي وعرضه للخسائر المتانة.
الأغشية الرقيقة موسعة توفر المنافع المحتملة لجسيمات نانوية بالتصدي لهذه القيود. الموسعة Pt السطوح عادة إنتاج أنشطة محددة أمر من حجم أكبر من جسيمات نانوية، عن طريق الحد من جوانب أقل نشاطا وآثار حجم الجسيمات، وقد ثبت أن تكون دائمة تحت إمكانية ركوب الدراجات2،3 , 4-أنشطة جماعية عالية قد تحققت في اليكتروكاتاليستس سطح الموسعة، وقد أدخلت تحسينات أساسا من خلال الزيادات في نشاط محدد ونوع محفز كانت محدودة لحزب العمال مع مساحة منخفضة (10 م2 ز حزب العمال -1) 3 , 4 , 5.
التشرد غلفانيه عفوية يجمع بين الجوانب من التآكل واليكتروديبوسيشن6. العملية عموما تخضع إمكانيات الأكسدة القياسية من المعادن اثنين، والترسب يحدث عادة عند الموجبة المعدني رد الفعل أكثر من القالب. التشرد يميل إلى إنتاج النانو التي تطابق مورفولوجية القالب. بتطبيق هذا الأسلوب على النانو الموسعة، يمكن أن تشكل عوامل حفازة المستندة إلى حزب العمال التي تستفيد من نشاط الحد من الأوكسجين المحددة عالية الأغشية الرقيقة الموسعة. من خلال التشرد الجزئي، وقد أودعت كميات صغيرة من حزب العمال، وأنتجت مواد ذات المساحات السطحية عالية (> 90 م2 زPt-1)7،8.
تنطوي هذه البروتوكولات الهيدروجين الصلب إلى مزيج مناطق حزب العمال والمؤسسات الوطنية وتحسين نشاط تخفيض الأوكسجين. نظرياً أنشأ الآلية عدد من الدراسات وأكدت تجريبيا أثر تسبيك في تخفيض الأكسجين Pt. النمذجة وربط ملزمة Pt-OH و Pt-O لنشاط تخفيض الأكسجين تشير إلى أنه يمكن إدخال تحسينات حزب العمال من خلال شعرية ضغط9،10. خلط حزب العمال مع أصغر انتقال المعادن قد أكدت هذا الاستحقاق، وبط ني وقد تم التحقيق في عدد من النماذج، بما في ذلك أقطاب الأوجه وجسيمات نانوية، الكريستالات والنانو11،12، 13،14.
وقد استخدمت التشرد غلفانيه في Pt-الأكسجين خفض حافز التنمية مع مجموعة متنوعة من القوالب الأخرى، بما في ذلك الفضة والنحاس والكوبالت النانو15،،من1617. تقنية التوليف قد استخدمت أيضا في ترسب المعادن الأخرى، وقد أنتجت اليكتروكاتاليستس لخلايا الوقود والجهاز الكهربائي، والأكسدة الكهروكيميائية كحول18،،من1920، 21. يمكن تكييفها مع بروتوكولات مماثلة أيضا لتركيب المواد النانوية مع مجموعة واسعة من التطبيقات الكهروكيميائية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-تجميع أسلاك بط ني
- للبدء بعملية التشريد، تعليق القالب أسلاك متناهية الصغر النيكل في المياه والحرارة إلى 90 درجة مئوية.
- إضافة 40 مغ من المتاحة تجارياً، النيكل أسلاك إلى 20 مل مياه في أنبوب الطرد مركزي 50 مل. Sonicate عليه لمدة 5 دقائق.
ملاحظة: يتم أسلاك حوالي 150-250 نيوتن متر في القطر و 100-200 ميكرون في الطول. - نقل أسلاك معلقة على زجاج 250 مل جولة أسفل قارورة وإضافة 60 مل مياه. الحرارة قارورة إلى 90 درجة مئوية في حمام زيت المعدني. يقلب الخليط رد فعل 500 لفة في الدقيقة مع مجداف تترافلوروايثيلين متصلاً رمح الزجاج ومحرض الكهربائية.
- إضافة 40 مغ من المتاحة تجارياً، النيكل أسلاك إلى 20 مل مياه في أنبوب الطرد مركزي 50 مل. Sonicate عليه لمدة 5 دقائق.
- شكل أسلاك بط ني بعفوية التشرد غلفانيه.
- إضافة 8.1 مغ تيتراتشلوروبلاتيناتي البوتاسيوم إلى 15 مل مياه. إضافة الحل إلى حقنه 20 مل بحوالي 8 سم أنابيب البولي يوريثان المستندة سم 0.318 تعلق على الحافة. ضع المحاقن في مضخة الحقن الآلي، وتعيين المعدل 1 مل/دقيقة.
- بدء ضخ حقنه، والسماح للمضخة لإضافة الحل إلى قارورة قاع الجولة ما يزيد على 15 دقيقة الحرارة قارورة عند 90 درجة مئوية ح 2.
- الطرد المركزي الحل في س 2,500 ز لمدة 15 دقيقة، وصب المادة طافية في تيار نفايات. ريسوسبيند sonication حمام سوليدسويث (حوالي 10 s) باستخدام حل جديد (الماء أو 2-بروبانول، كما هو محدد). الطرد المركزي الحل مرة أخرى وإزالة المادة طافية. كرر عملية الغسيل ثلاث مرات مع المياه ومرة واحدة ثم مع 2-بروبانول.
- الجاف لاسلاك بط ني عند 40 درجة مئوية في فرن فراغ بين عشية وضحاها (حوالي 16 ح).
2. التحقق من تكوين مع الحث يقترن البلازما-الكتلي (برنامج المقارنات الدولية-MS).
ملاحظة: يجب أن يكون تكوين محفز 7.3 ± 0.3% بالوزن Pt.
- خلاصة 1 ملغ من العينة في 10 مل ريجيا أكوا في درجة حرارة الغرفة بين عشية وضحاها.
- تمييع لتركيزات 200 و 20، و 2 جزء في البليون، مع مطابقة مصفوفة من تخفيف لحمض النيتريك الهيدروكلوريك و 0.5% 1.5%.
- إضافة 20 ميليلتر من ديجيستاتي إلى 9.98 مل من محلول الأسهم (1.5% الهيدروكلوريك و 0.5% حمض النيتريك) عن 200 جزء في البليون؛ 2 ميليلتر من ديجيستاتي إلى 10.00 مل من محلول الأسهم (1.5% الهيدروكلوريك و 0.5% حمض النيتريك) عن 20 جزء في البليون؛ وميليلتر 0.2 من ديجيستاتي إلى 10.00 مل من محلول الأسهم (1.5% الهيدروكلوريك و 0.5% حمض النيتريك) عن 2 جزء في البليون. تصفية تخفيف استخدام عامل تصفية على أساس تترافلوروايثيلين 0.4 ميكرومتر.
3-توليف بعد انتهاء عملية أسلاك بط ني من الصلب وحمض النض.
- الهيدروجين يصلب أسلاك بط ني تجميعي.
- إضافة نموذج كامل أسلاك متناهية الصغر إلى فرن أنبوبي. تطبيق فراغ الأنبوب بين عشية وضحاها.
ملاحظة: منذ الغاز تدفق (الهيدروجين والأكسجين) استخدمت عند درجة حرارة مرتفعة في فرن أنبوبي، واعتبارات السلامة المطلوبة. بنيت اتصالات أنبوب للغاز التأكد من أن الجهاز يمكن التعامل مع الفراغ و 500 ميلليمتر زئبق للضغط مرة أخرى أثناء العملية. منفذ أنبوب كان تنفيس للعادم، ووضع الفرن كامل في ضميمة تنفيس بخط عادم.- تغذية بمعدل تدفق منخفض من الهيدروجين في الأنبوب مع 500 ميلليمتر زئبق للضغط الخلفي.
- حرارة العينة إلى 250 درجة مئوية ح 2، استخدام معدل منحدر 10 درجة مئوية/دقيقة.
- السماح للعينة لتبرد بدرجة حرارة الغرفة بطبيعة الحال.
- ليش حمض الهيدروجين تعتيق أسلاك بط ني.
- إضافة 25 ملغ أسلاك إلى 20 مل مياه. وحمام sonicate عليه. نقل أسلاك معلقة 100 مل جولة قارورة السفلي.
- إضافة درجة حرارة الغرفة المخفف حمض النيتريك إلى قارورة (25 مل حمض النيتريك 0.2 M إلى 25 مل تعليق المياه/أسلاك متناهية الصغر)، إلى محتويات قارورة 50 مل حمض النيتريك 0.1 M، وهز قارورة لضمان تركيز موحد. أضف حمض النيتريك في كل مرة.
- الاتصال قارورة خط شلينك. قم بتشغيل هذا الفراغ لمدة 10 دقائق ثم قم بإغلاق قبالة الفراغ. ببطء إضافة غاز النيتروجين في السطر والسماح قارورة المضي قدما في درجة حرارة الغرفة لإزالة قارورة من خط شلينك 2 حاء وغسل المنتجات كما هو موضح في الخطوة 1.2.3.
- تحقق من التكوين مع MS برنامج المقارنات الدولية، التي ينبغي أن تكون 15.2 ± 0.3% بالوزن Pt.
- الأكسجين يصلب أسلاك بط ني ترشح الحمضية.
- إضافة أسلاك لفرن أنبوبي متاحة تجارياً. تطبيق فراغ الأنبوب بين عشية وضحاها.
- تغذية بمعدل تدفق منخفض الأكسجين في الأنبوب مع 500 ميلليمتر زئبق للضغط الخلفي.
- حرارة العينة إلى 175 درجة مئوية ح 2، استخدام معدل منحدر 10 درجة مئوية/دقيقة.
- السماح للعينة لتبرد بدرجة حرارة الغرفة بطبيعة الحال.
4-اليكتروتشيميكالي تميز أسلاك في تدوير القرص الكهربائي (استخلاص) هالفسيلس8
- معطف أقطاب العامل الكربون زجاجي.
- إضافة محفز، الذي يحتوي على 73 ميكروغرام لحزب العمال، إلى 7.6 مل مياه في قنينة التﻷلؤ 20 مل ثم قم بإضافة 2.4 مل من 2-بروبانول. وفي وقت لاحق محتويات القنينة يشار الحبر. الجليد الحبر لمدة 5 دقائق ثم قم بإضافة 10 ميليلتر من إيونومير المتاحة تجارياً.
ملاحظة: بالنسبة تصنيعه والهيدروجين تعتيق محفز، وينبغي أن تستخدم 1 ملغ (7.3% بالوزن Pt). الحمض المقلوعة والأكسجين تعتيق محفز، ينبغي أن تستخدم ميكروغرام 480 (15.2% بالوزن Pt). - Sonicate الحبر في الجليد، 30 s قبل القرن الذي يليه 20 دقيقة بحمام و 30 ثانية بالقرن الأفريقي. إضافة 7.5 مل الحبر إلى 0.5 ملغ النانو جرافيتيزيد الكربون.
- Sonicate الحبر في الجليد، 30 s قبل القرن الذي يليه 20 دقيقة بحمام و 30 ثانية بالقرن الأفريقي. "الماصة؛" 10 ميليلتر من الحبر على الكربون زجاجي قطب كهربائي عامل (القطر الخارجي 5 مم)، مع مسرى مقلوب بالتناوب في 100 لفة في الدقيقة. بعد بيبيتينج الحبر، زيادة الاستدارة إلى 700 لفة في الدقيقة.
- Sonicate الحبر مرة أخرى (30 ق القرن، حمام 20 دقيقة، 30 ثانية القرن) حين يجفف القطب و "الماصة؛" حبر إضافية على مسرى (10 ميليلتر). مواصلة عملية طلاء لزيادة التحميل إلى 1.9 ميكروغرام سمانتخابات-2، ميليلتر 10 خمس قطرات من الحبر.
- إضافة محفز، الذي يحتوي على 73 ميكروغرام لحزب العمال، إلى 7.6 مل مياه في قنينة التﻷلؤ 20 مل ثم قم بإضافة 2.4 مل من 2-بروبانول. وفي وقت لاحق محتويات القنينة يشار الحبر. الجليد الحبر لمدة 5 دقائق ثم قم بإضافة 10 ميليلتر من إيونومير المتاحة تجارياً.
- تجميع محطة اختبار استخلاص.
- نقع في الأواني الزجاجية بين عشية وضحاها في تركيز حامض الكبريتيك. ثم نقع الأواني بين عشية وضحاها في بديل متاح تجارياً لحمض الكروميك. يغلي ثماني مرات في المياه. تجميع الأواني الزجاجية، التي تربط العامل، العداد، واقطاب مرجع إلى خلية الاختبار الرئيسي.
ملاحظة: استخدام هالفسيلس استخلاص تكوين ثلاثة قطب كهربائي. وكانت أقطاب العمل ويتعارض مع الكربون زجاجي ومش حزب العمال، على التوالي. مسرى مرجع كان قطب هيدروجين عكسها (RHE)، حزب العمال سلك الواردة في bubbler زجاج مع المنحل بالكهرباء حمض بيرتشلوريك 0.1 متر. - ملء هالفسيل استخلاص مع حمض بيرتشلوريك 0.1 متر. الاتصال الكهربائي العامل وحدة تحكم سرعة التضمين متاحة تجارياً، وغمر طرف القطب العامل.
- أخذ القياسات الكهروكيميائية مع بوتينتيوستات متاحة تجارياً. تطهير اﻻلكتروﻻيت مع النيتروجين لمدة 7 دقائق.
- نقع في الأواني الزجاجية بين عشية وضحاها في تركيز حامض الكبريتيك. ثم نقع الأواني بين عشية وضحاها في بديل متاح تجارياً لحمض الكروميك. يغلي ثماني مرات في المياه. تجميع الأواني الزجاجية، التي تربط العامل، العداد، واقطاب مرجع إلى خلية الاختبار الرئيسي.
- تأخذ المساحات السطحية الكهروكيميائية.
- معلمات الإدخال إلى ملف فولتاميتري دوري الآلي تم توفيره بواسطة الشركة المصنعة بوتينتيوستات. تعيين عدد دورة إلى 50، معدل المسح الضوئي إلى 100 mV s-1وأقل إمكانية 0.025 الخامس وإمكانات العلوي إلى 1.4 ف تشغيل الملف فولتاميتري دوري وتجاهل الكهرباء. إعادة ملء مع حمض بيرتشلوريك م 0.1 وتطهير مع أول أكسيد الكربون.
- معلمات الإدخال إلى إمكانات الآلي اضغط ملف تم توفيره بواسطة الشركة المصنعة بوتينتيوستات. تعيين 0.1 المحتملة الخامس والوقت إلى 20 دقيقة، وتبدأ بالتناوب الكهربائي العامل 2,500 لفة في الدقيقة. قم بتشغيل الملف عقد المحتملة: لأول 10 دقيقة من البرنامج، إزالة أول أكسيد الكربون؛ لمدة 10 دقيقة الثانية من البرنامج، إزالة النيتروجين. خلال 30 الأخير s الاحتجاز، إيقاف عملية التناوب وتعيين ببلير بطانية الكهرباء.
- معلمات الإدخال إلى ملف فولتاميتري دوري الآلي تم توفيره بواسطة الشركة المصنعة بوتينتيوستات. تعيين عدد دورة إلى 3، معدل المسح الضوئي إلى إمكانية بدء 0.1 V وأقل إمكانية 0.025 الخامس، ق أم 20-1وإمكانات العلوي إلى 1.2 ف تشغيل الملف فولتاميتري دوري.
- تأخذ الأكسجين الحد من الاستقطاب المنحنيات.
- تطهير اﻻلكتروﻻيت مع الأكسجين لمالا يقل عن 7 دقائق مع العامل الكهربائي بالتناوب 2,500 لفة في الدقيقة.
- تعيين تطهير الأوكسجين إلى بطانية الكهرباء وبطء التناوب الكهربائي العامل إلى 1,600 لفة في الدقيقة.
- معلمات الإدخال إلى ملف فولتاميتري اكتساح خطية الآلي تم توفيره بواسطة الشركة المصنعة بوتينتيوستات. تعيين عدد دورة إلى 10، معدل المسح الضوئي إلى 20 mV s-1، وعلى إمكانية بدء-0.1 V، وإمكانية نهاية 1.05 ضد تشغيل الملف فولتاميتري اكتساح الخطي. تجاهل الكهرباء.
- إعادة ملء مع حمض بيرتشلوريك م 0.1 وتطهير مع الأكسجين لإعادة استخدام الملف فولتاميتري اكتساح الخطي في خطوة 4.4.3 على الأقل 7 الحد الأدنى.
- قم بتشغيل اختبارات المتانة.
- تطهير اﻻلكتروﻻيت مع النيتروجين أثناء التناوب الكهربائي العامل 2,500 لفة في الدقيقة. تعيين إزالة النيتروجين إلى بطانية الكهرباء ووقف التناوب الكهربائي العامل.
- معلمات الإدخال إلى ملف فولتاميتري دوري الآلي تم توفيره بواسطة الشركة المصنعة بوتينتيوستات. تعيين عدد دورة إلى 30 ألفا، معدل المسح الضوئي إلى 500 s أم-1واحتمال انخفاض 0.6 V وإمكانات العلوي إلى 1.0 ف تشغيل الملف فولتاميتري دوري.
- بعد المتانة، تأخذ المساحات السطحية الكهروكيميائية والأكسجين الحد من الاستقطاب المنحنيات باستخدام البروتوكولات المتوفرة في الخطوات 4، 3 و 4-4.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
أنتجت التشرد غلفانيه عفوية من أسلاك ني مع حزب العمال، المبلغ المحدد، باستخدام أسلاك ني حزب العمال التي كانت 7.3% بالوزن Pt (الشكل 1 و الشكل 2أ). قد يلزم إدخال بعض التعديلات على كمية السلائف حزب العمال للوصول إلى نقطة الأمثل تحميل. التشرد Pt حساس لسمك ني أكسيد الطبقة السطحية، التي يمكن أن تختلف استناداً إلى قالب العمر (التعرض للهواء) وتقلب المنبع22. التكوين، مع ذلك، أهمية حاسمة لضمان ارتفاع النشاط واستخدمت برنامج المقارنات الدولية--مرض التصلب العصبي المتعدد لضمان تكوين الأمثل. وأدرجت بروتوكولات اختبار استخلاص، منذ التالية هذه البروتوكولات ذات الأهمية الحاسمة لتأكيد التوليف الصحيح ومعالجة معلمات. إنتاج المواد الحفازة في هذا التشكيل (7.3% بالوزن Pt) ذروة الأكسجين الحد من النشاط الجماعي7. مبالغ أكبر من ترسب حزب العمال أدت إلى انخفاض المساحات السطحية الكهروكيميائية، يعزى إلى انخفاض في استخدام حزب العمال وتشكيل طبقات Pt أكثر سمكا (الشكل 2ب). كميات أقل من حزب العمال أدت إلى انخفاض نشاط محدد، يحتمل أن تكون بسبب تأثير حجم جسيمات، على الرغم من انخفاض النشاط كان أكثر اعتدالا من حزب العمال نانوحبيبات النتائج2.
الهيدروجين الصلب كان المطلوبة لدمج مناطق حزب العمال والمؤسسات الوطنية وضغط شعرية Pt8. ضغط شعرية تحسن نشاط تخفيض الأوكسجين والصلب إلى 250 درجة مئوية تنتج النشاط الجماعي الأمثل (الشكل 3). على الرغم من استمرار نشاط معين زيادة في ارتفاع درجات الحرارة انلينغ، انخفضت المساحة السطحية الكهروكيميائية يحتمل أن تكون بسبب حزب العمال إعادة ترتيب على السطح.
على الرغم من أن الهيدروجين الصلب تنتج الأكسجين عالية الحد من النشاط، اختبار متانة أسفرت عن خسائر كبيرة في الأداء وكميات عالية من انحلال ني. حمض النض كان يستخدم لإزالة تفضيلي ني، والأكسجين الصلب تم استخدامه لتحسين المتانة وتقليل ني حل8،22. حمض النض إلى 15.2% بالوزن Pt والأكسجين الصلب إلى 175 درجة مئوية تنتج النشاط الأمثل والمتانة (الجدول 1). وإذا تحققت كميات أكبر من ني إزالة حدث في خطوة النض حمض عالية المتانة، ولكن على حساب الأداء الأولى. ارتفاع Pt تكوين تنتج أسلاك مع انخفاض نشاط محدد (ديلويينج تأثير) والمواد كانت من أقل اليكتروكاتاليتيكالي الفائدة. إذا حدث مبالغ أقل لإزالة ني في الخطوة النض حمض، لا تزال كميات كبيرة من ني على السطح. الصلب الأكسجين تحسين استقرار ني قرب السطح أسلاك متناهية الصغر، ومنع الوصول إلى مواقع حزب العمال من خلال تكييف الكهروكيميائية. وقدمت الأكسجين الصلب درجة حرارة 175 درجة مئوية توازن بين الحاجة إلى استقرار ني تحت السطحية لمتانة الاختبار، في حين لا يزال يسمح لوصول حزب العمال من خلال تكييف. لاسلاك التي كانت 15.2 في المائة بالوزن Pt، تنتج الأوكسجين أعلى درجات الصلب انخفاض النشاط الأولية؛ على العكس من ذلك، أدت إلى انخفاض الأوكسجين الصلب درجات الحرارة أعلى المتانة الخسائر ودرجات أعلى من ني انحلال.
الشكل 1 . التخطيطي لعملية التشريد غلفانيه عفوية. التخطيطي لعملية التشريد غلفانيه عفوية، مع أنبل معادن الموجبة (أحمر) مما أدى إلى تشريد قالب معدني (أزرق)6. (تكييف) طبع بإذن من أمور م. س.، يان س. ي. وب. س. بيفوفار، الحفز العلوم والتكنولوجيا، 4، 3589 (2014). حقوق الطبع والنشر المجتمع الملكي عام 2014 للكيمياء. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2 . توليف أسلاك Pt-ني: مجال التكوين والسطحية. تكوين أسلاك متناهية الصغر (A) Pt-ني كدالة لكمية السلائف Pt (تيتراتشلوروبلاتيناتي البوتاسيوم) إضافة إلى 40 مغ أسلاك ني خلال التشريد غلفانيه. (ب) المناطق السطحية الكهروكيميائية لتصنيعه كأسلاك بط ني كدالة لمستوى التشريد Pt7. نقاط البيانات التي تدل على متوسط القيمة، بينما أشرطة الخطأ تدل على الانحراف المعياري للقياس. (تكييف) طبع بإذن من أمور م. س.، ب. س. بيفوفار لارسن ألف باء، س. بيليبينكو، كولين ألف د، ديركس ر. د، ك. جيم نيييرلين، س. س. كوشى والحفز ACS، 4، 1114 (2014). حقوق الطبع والنشر عام 2014 الجمعية الأمريكية الكيميائية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3 . الأكسجين الحد من النشاط الجماعي للهيدروجين تعتيق أسلاك بط ني كدالة ل درجة الحرارة انلينغ8. نقاط البيانات التي تدل على متوسط القيمة، بينما أشرطة الخطأ تدل على الانحراف المعياري للقياس. طبع (تكييف) بإذن من أمور م. س.، جيم منظمة حكومية، ينبغي لقد س.، أ. م. ها، داميرون ألف ألف، فقير أ. ج.، ك. جيم نيييرلين، س. س. كوشى، س. بيليبينكو وب. س. بيفوفار، أوميغا ACS، 2، 1408 (2017). حقوق الطبع والنشر عام 2017 الجمعية الأمريكية الكيميائية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| محفز | أنام، وأنا0.9V [اماه مغPt\u20121] |
أنام وو0.9V [اماه مغPt\u20121] |
| بط ني | 1653 | 1339 |
| ح2 | 5213 | 3962 |
| حمض | 3583 | 3153 |
| O2 | 5414 | 5305 |
| Pt/HSC | 500 | 375 |
الجدول 1. أنشطة جماعية لخفض الأكسجين قبل (أنام، أنا) والتالية (أنام، و) اختبار المتانة هالفسيل. وتشمل عوامل حفازة تقييم تصنيعه (Pt-ني) والهيدروجين تعتيق (ح2) وترشح حمض (حمض) وأسلاك ني Pt تعتيق الأكسجين (O2). وقدمت أيضا أداء هالفسيل المدعومة من الكربون Pt جسيمات نانوية (Pt/HSC) ك مرجع8. طبع (تكييف) بإذن من أمور م. س.، جيم منظمة حكومية، ينبغي لقد س.، أ. م. ها، داميرون ألف ألف، فقير أ. ج.، ك. جيم نيييرلين، س. س. كوشى، س. بيليبينكو وب. س. بيفوفار، أوميغا ACS، 2، 1408 (2017). حقوق الطبع والنشر عام 2017 الجمعية الأمريكية الكيميائية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
استخدمت هذه البروتوكولات لإنتاج اليكتروكاتاليستس السطحية الموسعة مع المناطق السطحية العالية وأنشطة محددة في رد فعل خفض الأكسجين8. بإيداع حزب العمال على قوالب ذات البنية النانومترية، تجنب مواقع منسقة منخفضة أسلاك والتقليل إلى أدنى حد من آثار حجم الجسيمات، المنتجة لأنشطة محددة أكثر من 12 مرة أكبر من جسيمات نانوية Pt المدعومة من الكربون. استخدام غلفانيه التشرد كالنهج التجميعي الذي ينتج أيضا طلاء تقريبي على قالب ني7. مستويات منخفضة من التشرد Pt، أنتجت هذه العملية الكهروكيميائية المساحات السطحية التي تتجاوز 90 م2 زPt-1، انطلاقة هامة في المواد الحفازة السطحية الموسعة.
الهيدروجين الصلب يلزم لتحسين أداء8. الصلب لدرجات الحرارة المرتفعة تحسن النشاط المحدد الحد من الأكسجين، الذي تم ترشيد كأثر تسبيك الناجمة عن حزب العمال شعرية ضغط ضعف Pt-O تشيميسوربشن9،10. على الرغم من أن الهيدروجين الصلب خطوة تحسن النشاط الأولى، كانت عالية المتانة والخسائر ني انحلال مصدر قلق. واستخدمت النض حمض والصلب الأكسجين للتقليل من هذه الخسائر. أسلاك بط ني الأمثل إنتاج الأوكسجين أنشطة الحد الشامل من أكبر عشر مرات من جسيمات نانوية Pt المدعومة من الكربون وأكبر ثلاث مرات من الأسلاك توليف. أيضا أدخلت تحسينات كبيرة على متانة أسلاك متناهية الصغر، التي فقدت 3% النشاط الجماعي (توليف خسر 21%) و 0.3 في المائة من كتلة محفز لانحلال ني (تصنيعه كفقدان 7%).
تم وضع أسلاك Pt-ني والأمثل لأدائها في استخلاص هالفسيلس. اختبار استخلاص يستخدم غالباً في محفز الفحص، لتقييم الخصائص الأساسية وقدرات الكهروكيميائية المحفز. استخلاص النشاط، ومع ذلك، لا تضمن أداء خلايا الوقود مماثلة، وغشاء القطب التجميعات تتضمن خسائر النشاط بسبب النقل الجماعي، والمقاومة الإلكترونية والأيونية. أسلاك بط ني نمواً في هذه البروتوكولات إثبات أكثر من نشاط أعلى حجم لجسيمات نانوية Pt، فضلا عن تحسين المتانة. في حين أن هذه النتائج تشير إلى أن أسلاك بط ني يمكن أن يخفض أحمال قطب كهربائي خلية الوقود للوفاء بمقاييس أداء التكلفة، فعالية إدراج هذه المواد في غشاء القطب الجمعيات يظل يشكل تحديا كبيرا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
وقدمت الدعم المالي من وزارة الطاقة في الولايات المتحدة، ومكتب لكفاءة الطاقة والطاقة المتجددة تحت رقم العقد دي-AC36-08GO28308 إلى نريل.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Nickel nanowires | Plasmachem GmbH | ||
| 250 mL round bottom flask | Ace Glass | ||
| Hot plate | VWR International | ||
| Mineral oil | VWR International | ||
| Potassium tetrachloroplatinate | Sigma Aldrich | ||
| Syringe pump | New Era Pump Systems | ||
| Rotator | Arrow Engineering | ||
| Teflon paddle | Ace Glass | ||
| Glass shaft | Ace Glass | ||
| Split hinge tubular furnace | Lindberg | Customized in-house | |
| Schlenk line | Ace Glass | ||
| Condensers | VWR International | ||
| Nitric acid | Fisher Scientific | ||
| 2-propanol | Fisher Scientific | ||
| Nafion ionomer (5 wt. %) | Sigma Aldrich | ||
| Glassy carbon working electrode | Pine Instrument Company | ||
| RDE glassware | Precision Glassblowing | Customized in-house | |
| Platinum wire | Alfa Aesar | Customized in-house | |
| Platinum mesh | Alfa Aesar | Customized in-house | |
| MSR Rotator | Pine Instrument Company | ||
| Potentiostat | Metrohm Autolab |
References
- Papageorgopoulos, D. U.S. Department of Energy. , Available from: http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review14/fc000_papageorgopoulos_2014_o.pdf (2014).
- Bregoli, L. J. Influence of Platinum Crystallite Size on Electrochemical Reduction of Oxygen in Phosphoric-Acid. Electrochim. Acta. 23 (6), 489-492 (1978).
- Debe, M. U.S. Department of Energy. , Available from: http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review09/fc_17_debe.pdf (2009).
- Debe, M. K., Parsonage, E. E. Nanostructured electrode membranes. US patent. , (1994).
- Papandrew, A. B., et al. Oxygen Reduction Activity of Vapor-Grown Platinum Nanotubes. ECS Trans. 50 (2), 1397-1403 (2013).
- Alia, S. M., Yan, Y. S., Pivovar, B. S. Galvanic displacement as a route to highly active and durable extended surface electrocatalysts. Cat. Sci. Tech. 4 (10), 3589-3600 (2014).
- Alia, S. M., et al. Platinum-Coated Nickel Nanowires as Oxygen-Reducing Electrocatalysts. ACS Cat. 4 (4), 1114-1119 (2014).
- Alia, S. M., et al. Exceptional Oxygen Reduction Reaction Activity and Durability of Platinum-Nickel Nanowires through Synthesis and Post-Treatment Optimization. ACS Omega. 2 (4), 1408-1418 (2017).
- Norskov, J., et al. Origin of the Overpotential for Oxygen Reduction at a Fuel-Cell Cathode. J. Phys. Chem. B. 108 (46), 17886-17892 (2004).
- Sha, Y., Yu, T. H., Merinov, B. V., Shirvanian, P., Goddard, W. A. Mechanism for Oxygen Reduction Reaction on Pt3Ni Alloy Fuel Cell Cathode. J. Phys. Chem. C. 116 (40), 21334-21342 (2012).
- Paulus, U. A., et al. Oxygen reduction on high surface area Pt-based alloy catalysts in comparison to well defined smooth bulk alloy electrodes. Electrochim. Acta. 47 (22-23), 3787-3798 (2002).
- Stamenkovic, V., et al. Changing the activity of electrocatalysts for oxygen reduction by tuning the surface electronic structure. Angew. Chem. 118 (18), 2963-2967 (2006).
- Cui, C., Gan, L., Heggen, M., Rudi, S., Strasser, P. Compositional segregation in shaped Pt alloy nanoparticles and their structural behaviour during electrocatalysis. Nat Mater. 12 (8), 765-771 (2013).
- Chen, C., et al. Highly Crystalline Multimetallic Nanoframes with Three-Dimensional Electrocatalytic Surfaces. Science. 343 (6177), 1339-1343 (2014).
- Alia, S., et al. Porous Platinum Nanotubes for Oxygen Reduction and Methanol Oxidation Reactions. Adv. Funct. Mater. 20 (21), 3742-3746 (2010).
- Alia, S. M., et al. Platinum Coated Copper Nanowires and Platinum Nanotubes as Oxygen Reduction Electrocatalysts. ACS Cat. 3 (3), 358-362 (2013).
- Alia, S. M., et al. Platinum-Coated Cobalt Nanowires as Oxygen Reduction Reaction Electrocatalysts. ACS Cat. 4 (8), 2680-2686 (2014).
- Alia, S. M., Duong, K., Liu, T., Jensen, K., Yan, Y. Palladium and Gold Nanotubes as Oxygen Reduction Reaction and Alcohol Oxidation Reaction Catalysts in Base. ChemSusChem. , (2014).
- Xu, H. U.S. Department of Energy. , Available from: http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review14/pd103_xu_2014_o.pdf (2014).
- Xu, H. U.S. Department of Energy. , Available from: http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review15/pd103_xu_2015_o.pdf (2015).
- Alia, S. M., Pylypenko, S., Neyerlin, K. C., Kocha, S. S., Pivovar, B. S. Platinum Nickel Nanowires as Methanol Oxidation Electrocatalysts. J. Electrochem. Soc. 162 (12), 1299-1304 (2015).
- Alia, S. M., et al. Oxidation of Platinum Nickel Nanowires to Improve Durability of Oxygen-Reducing Electrocatalysts. J. Electrochem. Soc. 163 (3), 296-301 (2016).
