Summary
Protokollen beskriver syntese og elektrokemiske afprøvning af platinum-nikkel nanowires. Nanowires blev syntetiseret af galvanisk fordrivelse af en nikkel Nanotråd skabelon. Efter syntese behandling, herunder brint udglødning, syre udvaskning og ilt udglødning blev brugt til at optimere Nanotråd ydeevne og holdbarhed i ilt reduktion reaktionen.
Abstract
Platinum-nikkel (Pt-Ni) nanowires blev udviklet som brændselscelle electrocatalysts, og var optimeret til ydeevne og holdbarhed i ilt reduktion reaktionen. Spontan galvaniske fordrivelse blev brugt til at deponere Pt lag på Ni Nanotråd substrater. Syntese tilgang produceret katalysatorer med høje specifikke aktiviteter og høj Pt overfladearealer. Brint udglødning forbedret Pt og Ni blanding og specifikke aktivitet. Syre udvaskning blev brugt til at fjerne fortrinsvis Ni nær Nanotråd overflade, og ilt udglødning blev brugt til at stabilisere nær overfladen Ni, forbedre holdbarhed og minimere Ni opløsning. Disse protokoller detalje optimering af hver enkelt post syntese behandlingstrin, herunder brint udglødning til 250 ° C, eksponering til 0,1 M salpetersyre og ilt udglødning til 175 ° C. Gennem disse skridt produceret Pt-Ni nanowires øgede aktiviteter i mere end en størrelsesorden end Pt nanopartikler, samtidig med at væsentlige holdbarhed forbedringer. De præsenterede protokoller er baseret på Pt-Ni systemer i udviklingen af brændselscelle katalysatorer. Disse teknikker er også blevet anvendt til en række forskellige kombinationer af metal, og kan anvendes til at udvikle katalysatorer for en række elektrokemiske processer.
Introduction
Proton exchange membran brændselsceller er delvis begrænset af beløb og udgifter til platinum kræves i laget katalysator, som kan tegner sig for halvdelen af brændselscelle omkostninger1. I brændselsceller, er nanomaterialer typisk udviklet som ilt reduktion katalysatorer, da reaktionen er kinetically langsommere end brint oxidation. Carbon-støttede Pt nanopartikler bruges ofte som ilt reduktion af electrocatalysts på grund af deres høje areal; men de har specifikke selektiv aktivitet og er udsat for holdbarhed tab.
Udvidet tynde film tilbyde potentielle fordele for nanopartikler ved at behandle disse begrænsninger. Udvidet Pt overflader typisk producere specifikke aktiviteter en størrelsesorden større end nanopartikler, ved at begrænse mindre aktive facetter og partikel størrelse effekter, og har vist sig at være holdbare under potentiale cykling2,3 , 4. mens høj masse aktiviteter har været opnået i udvidet overflade electrocatalysts, er sket forbedringer primært gennem stigninger i specifikke aktivitet og katalysator type har været begrænset til Pt med en lav areal (10 m2 g PT -1) 3 , 4 , 5.
Spontan galvaniske forskydning kombinerer aspekter af korrosion og electrodeposition6. Processen styres generelt standard redox potentialer for de to metaller, og deposition opstår typisk, når den metal, som er mere reaktive end skabelonen. Fordrivelse tendens til at producere nanostrukturer, der passer til skabelon morfologien. Ved at anvende denne teknik til udvidet nanostrukturer, kan være dannet Pt-baserede katalysatorer, som drager fordel af høje specifikke ilt reduktion aktivitet af udvidede tynd film. Gennem delvis fortrængning, små mængder af Pt er blevet deponeret, og har produceret materialer med høj overflade områder (> 90 m2 gPt-1)7,8.
Disse protokoller inddrage brint udglødning for at blande Pt og Ni zoner og forbedre ilt reduktion aktivitet. En række undersøgelser har teoretisk etableret mekanismen og eksperimentelt bekræftet en legering effekt i Pt ilt reduktion. Modellering og korrelerede Pt-OH og Pt-O bindingen til ilt reduktion aktivitet tyder på, at Pt kan forbedres gennem gitter kompression9,10. Legering Pt med mindre overgangsmetaller har bekræftet denne fordel, og Pt-Ni er blevet undersøgt i en række former, herunder polykrystallinske, facetteret elektroder, nanopartikler og nanostrukturer11,12, 13,14.
Galvanisk forskydning har været brugt i Pt-ilt reduktion katalysator udvikling med en række andre skabeloner, herunder sølv, kobber, og cobalt nanostrukturer15,16,17. Syntese teknik er også blevet brugt i aflejring af andre metaller og har produceret electrocatalysts for brændselsceller, electrolyzers og elektrokemisk oxidation af alkoholer18,19,20, 21. Lignende protokoller kan også tilpasses til syntese af nanomaterialer med en bredere vifte af elektrokemiske applikationer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Sammenfatning af Pt-Ni Nanowires
- Til at begynde processen med fordrivelse, suspendere nikkel Nanotråd skabelon i vand og varme det til 90 ° C.
- Tilføje 40 mg af kommercielt tilgængelige, nikkel-nanowires til 20 mL deioniseret vand i et 50 mL-centrifugerør. Der sonikeres det i 5 min.
Bemærk: Nanowires er ca 150-250 nm i diameter og 100-200 µm i længden. - Overføre den suspenderede nanowires til et 250 mL glas runde bunden kolbe og tilsættes 60 mL deioniseret vand. Varme kolbe opvarmes til 90 ° C i et mineralsk oliebad. Rør reaktionsblandingen på 500 rpm med en polytetrafluorethylen pagaj tilsluttet et glas skaft og elektrisk omrører.
- Tilføje 40 mg af kommercielt tilgængelige, nikkel-nanowires til 20 mL deioniseret vand i et 50 mL-centrifugerør. Der sonikeres det i 5 min.
- Danne Pt-Ni nanowires af spontan galvaniske forskydning.
- Tilføje 8,1 mg kalium tetrachloroplatinate til 15 mL deioniseret vand. Føje løsningen til en 20 mL sprøjte med ca 8 cm af 0.318 cm polyurethan-baserede slangen knyttet til spidsen. Læg sprøjten i en automatiseret sprøjten pumpe og indstille satsen til 1 mL/min.
- Start sprøjten pumpe og lad pumpen for at tilføje løsningen rund bund kolben over 15 min. varme kolben ved 90 ° C i 2 timer.
- Centrifugeres løsning på 2.500 x g i 15 min., og hæld supernatanten i en affaldsstrøm. Resuspend solidswith bad ultralydbehandling (ca. 10 s) ved hjælp af frisk løsning (vand eller 2-propanol, som angivet). Centrifugeres løsningen igen og Fjern supernatanten. Gentag vaskeprocessen tre gange med deioniseret vand og derefter en gang med 2-propanol.
- Tørre Pt-Ni nanowires ved 40 ° C i et vakuum ovn natten over (ca. 16 h).
2. check sammensætning med Induktivt koblet Plasma-massespektrometri (ICP-MS).
Bemærk: Katalysator sammensætning bør være 7.3 ± 0,3 wt. % Pt.
- Digest 1 mg prøve i 10 mL aqua regia ved rumtemperatur natten over.
- Fortyndes til koncentrationer af 200, 20 og 2 ppb, med en matrix matching af fortyndinger til 1,5% saltsyre og 0,5% salpetersyre.
- Tilføj 20 µL af fermentat til 9.98 mL af stamopløsningen (1,5% saltsyre og 0,5% salpetersyre) til 200 ppb; 2 µL af fermentat til 10,00 mL af stamopløsningen (1,5% saltsyre og 0,5% salpetersyre) til 20 ppb; og 0,2 µL af fermentat til 10,00 mL af stamopløsningen (1,5% saltsyre og 0,5% salpetersyre) for 2 ppb. Filtrer Fortyndingerne ved hjælp af en 0,4 µm polytetrafluorethylen-baseret filter.
3. efter syntese proces af Pt-Ni Nanowires ved glødning og syre udvaskning.
- Brint anneal den syntetiserede Pt-Ni nanowires.
- Tilføje hele Nanotråd prøve til en rørformet ovn. Anvende vakuum til røret natten over.
Bemærk: siden gas flow (brint, ilt) blev brugt ved høj temperatur i den rørformede ovn, sikkerhedsmæssige overvejelser var nødvendige. Tube-gasforbindelserne blev bygget for at sikre, at apparatet kunne håndtere vakuum og 500 Torr af modtrykket under drift. Tube outlet blev udluftet for at udstødning, og hele ovnen blev placeret i en prøvelokalet udluftes til en udstødning linje.- Indgå en lav gennemstrømningshastighed på brint i røret med 500 Torr af modtryk.
- Varme prøven til 250 ° C i 2 timer, ved hjælp af en 10 ° C/min. rampe sats.
- Mulighed for Prøven afkøles til stuetemperatur naturligt.
- Syre leach brinten udglødet Pt-Ni nanowires.
- Tilføj 25 mg af nanowires til 20 mL deioniseret vand og bad sonikeres det. Overføre den suspenderede nanowires til en 100 mL rund bund kolbe.
- Tilføje stuetemperatur fortyndet salpetersyre til kolbe (25 mL 0,2 M salpetersyre til 25 mL vand/Nanotråd suspension), bringes kolbens indhold til 50 mL 0,1 M salpetersyre, og Kolben rystes for at sikre en ensartet koncentration. Tilføj salpetersyre på én gang.
- Kolben sættes til en Schlenk linje. Tænd vakuum i 10 min og derefter lukke vakuum. Langsomt tilføje nitrogen gas i linjen og kolben fortsætte ved stuetemperatur for 2 h. fjernes kolben fra Schlenk linje og vaske produkterne som beskrevet i trin 1.2.3.
- Check sammensætning med ICP-MS, som bør være 15,2 ± 0,3 wt. % Pt.
- Ilt at anneal syre udvaskes Pt-Ni nanowires.
- Tilføje en nanowires til et kommercielt tilgængelige rørformede ovn. Anvende vakuum til røret natten over.
- Fodre en lav gennemstrømningshastighed på ilt ind i røret med 500 Torr af modtryk.
- Varme prøven til 175 ° C i 2 timer, ved hjælp af en 10 ° C/min. rampe sats.
- Mulighed for Prøven afkøles til stuetemperatur naturligt.
4. elektrokemisk karakterisere Nanowires i roterende Disk elektrode (RDE) Half-Cells8
- Coat glasagtig carbon arbejder elektroder.
- Tilføje katalysator, som indeholder 73 µg af Pt, til 7,6 mL deioniseret vand i en 20 mL scintillation hætteglas, og derefter tilføje 2,4 mL 2-propanol. Hætteglasset indholdet omtales efterfølgende som blæk. Is blæk til 5 min og derefter tilføje 10 µL af en kommercielt tilgængelig ionomer.
Bemærk: For de som syntetiseret og brint udglødet katalysator, 1 mg (7,3 wt. % Pt) bør anvendes. Syren udvaskede og ilt udglødet katalysator, bør 480 µg (15,2 wt. % Pt) anvendes. - Der sonikeres blæk i isen, 30 s af horn efterfulgt af 20 min af bad og 30 s af horn. Tilsættes 7,5 mL af blækket til 0,5 mg graphitized carbon nanofibers.
- Der sonikeres blæk i isen, 30 s af horn efterfulgt af 20 min af bad og 30 s af horn. Tilsæt 10 µL af blæk på en glasagtig carbon arbejder elektrode (5 mm ydre diameter), med den omvendte elektrode roterende på 100 rpm. Efter pipettering blæk, øge rotation til 700 omdrejninger i minuttet.
- Der sonikeres blæk igen (30 s horn, 20 min bad, 30 s horn) mens elektrode tørrer og afpipetteres en ekstra blæk (10 µL) på elektroden. Fortsætte belægning for at øge lastning til 1,9 µg cmelec-2, fem 10 µL dråber af blæk.
- Tilføje katalysator, som indeholder 73 µg af Pt, til 7,6 mL deioniseret vand i en 20 mL scintillation hætteglas, og derefter tilføje 2,4 mL 2-propanol. Hætteglasset indholdet omtales efterfølgende som blæk. Is blæk til 5 min og derefter tilføje 10 µL af en kommercielt tilgængelig ionomer.
- Samle RDE test station.
- Sættetid glasvarer overnatning i koncentreret svovlsyre. Derefter, sættetid glasvarer natten over i et kommercielt tilgængelige erstatning for kromsyre. Kog otte gange i ionbyttet vand. Samle glasvarer, ved at forbinde arbejde, counter og referenceelektroder til den vigtigste teste celle.
Bemærk: RDE half-cells bruge en tre-elektrode konfiguration. Arbejds- og counter elektroderne var glasagtig kulstof og Pt mesh, henholdsvis. Referenceelektrode var en reversible hydrogen elektrode (RHE), en Pt wire indeholdt i et glas Bobleflasken med 0,1 M perchlorsyre elektrolyt. - Fyld RDE halvcelle med 0,1 M perchlorsyre. Tilsluttes en kommercielt tilgængelig moduleret Fartregulator arbejder elektrode, og nedsænkes arbejder elektrode tip.
- Tage elektrokemiske målinger med en kommercielt tilgængelig potentiostat. Rense elektrolyt med kvælstof i 7 min.
- Sættetid glasvarer overnatning i koncentreret svovlsyre. Derefter, sættetid glasvarer natten over i et kommercielt tilgængelige erstatning for kromsyre. Kog otte gange i ionbyttet vand. Samle glasvarer, ved at forbinde arbejde, counter og referenceelektroder til den vigtigste teste celle.
- Tage elektrokemiske overfladearealer.
- Inputparametre til en automatiseret cyklisk voltammetry fil potentiostat fabrikanten. Angive cyklus til 50, søgehastighed 100 mV s-1, den lavere potentiale til 0.025 V og den øverste potentiale til 1.4 V. Kør filen cyklisk voltammetry og kassér elektrolytten. Refill med 0,1 M perchlorsyre og rense med kulilte.
- Inputparametre til en automatiseret potentiale hold filen potentiostat fabrikanten. Angive den potentielle 0,1 V og tiden til 20 min, og begynde at roterende arbejder elektrode på 2,500 rpm. Kør filen potentielle hold: for de første 10 min af programmet, rense kulilte; for det andet 10 min af programmet, rense kvælstof. I løbet af de sidste 30 s af lastrummet, deaktivere rotation og indstille Bobleflasken til tæppe elektrolytten.
- Inputparametre til en automatiseret cyklisk voltammetry fil potentiostat fabrikanten. Angive cyklus til 3, søgehastighed 20 mV s-1, start potentiale til 0,1 V, lavere potentiale til 0.025 V og den øverste potentiale til 1.2 V. Kør filen cyklisk voltammetry.
- Tage ilt reduktion polarisering kurver.
- Rense elektrolyt med ilt til mindst 7 min med arbejdende elektrode roterende på 2,500 rpm.
- Indstil ilt purge til tæppe elektrolytten og langsom arbejdende elektrode rotation til 1600 rpm.
- Inputparametre til en automatiseret lineær sweep voltammetry fil potentiostat fabrikanten. Angive cyklus til 10, søgehastighed 20 mV s-1, start potentiale til-0.1 V og slutningen potentiale til 1,05 V. Run lineær sweep voltammetry fil. Kassér elektrolytten.
- Refill med 0,1 M perchlorsyre og rense med ilt til mindst 7 min. Kør filen lineær sweep voltammetry bruges i trin 4.4.3.
- Kør test af holdbarhed.
- Rense elektrolyt med kvælstof mens roterende arbejder elektrode på 2,500 rpm. Indstille kvælstof purge til tæppe elektrolytten og stoppe arbejde elektrode rotation.
- Inputparametre til en automatiseret cyklisk voltammetry fil potentiostat fabrikanten. Angive cyklus til 30.000, søgehastigheden til 500 mV s-1, den lavere potentiale til 0,6 V og den øverste potentiale til 1,0 V. Kør filen cyklisk voltammetry.
- Efter holdbarhed, tage elektrokemiske overfladen områder og ilt reduktion polarisering kurver ved hjælp af protokollerne leveres i trin 4.3 og 4.4.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Spontan galvaniske forskydning af Ni nanowires med Pt, ved hjælp af det angivne beløb, produceret Pt-Ni nanowires, der var 7.3 wt. % Pt (figur 1 og figur 2A). Nogle ændringer til mængden af Pt forløber kan være nødvendigt at nå frem til den optimale Pt lastning. PT forskydning er følsomme over for tykkelsen af den overflade Ni oxidlag, som kan variere baseret på skabelon alder (air eksponering), og upstream variabilitet22. Sammensætning, er imidlertid afgørende for høj aktivitet og ICP-MS blev brugt til at sikre optimal sammensætning. RDE test protokoller er medtaget, da følgende disse protokoller er afgørende for at bekræfte korrekte syntese og forarbejdning parametre. Katalysatorer på denne sammensætning (7,3 wt. % Pt) produceret peak ilt reduktion masse aktivitet7. Større mængder af Pt deposition resulteret i lavere elektrokemiske overfladearealer, tilskrives lavere Pt udnyttelse og dannelsen af tykkere Pt lag (figur 2b). Lavere mængder af Pt resulteret i lavere specifik aktivitet, potentielt på grund af en partikel størrelse effekt, selvom aktivitet dråbe var mildere end Pt nanopartikel resultater2.
Brint udglødning var forpligtet til at integrere Pt og Ni zonerne og komprimere Pt gitter8. Gitter kompression forbedret ilt reduktion aktivitet og udglødning til 250 ° C produceret optimal masse aktivitet (figur 3). Selv om den specifikke aktivitet fortsatte med at stige ved højere temperaturer, udglødning, den elektrokemiske areal faldt potentielt på grund af Pt omordning på overfladen.
Selv om brint udglødning produceret høj iltkoncentration reduktion aktivitet, resulterede holdbarhedsprøvning i store præstationer tab og store mængder af Ni opløsning. Syre udvaskning blev brugt til fortrinsvis fjerne Ni, og ilt udglødning blev brugt til at forbedre holdbarhed og minimere Ni opløsning8,22. Syre udvaskning til 15,2 wt. % Pt og ilt udglødning til 175 ° C produceret optimal aktivitet og holdbarhed (tabel 1). Hvis større mængder af Ni fjernelse opstod i syre udvaskning trin, høj holdbarhed blev opnået, men på bekostning af oprindelige ydeevne. Høj Pt sammensætning produceret nanowires med lavere specifik aktivitet (dealloying effekt) og materialerne var af mindre interesse electrocatalytically. Hvis lavere mængder af Ni fjernelse opstod i syre udvaskning trin, store mængder af Ni stadig opholdt sig på overfladen. Ilt udglødning forbedret stabilitet af Ni nær Nanotråd overflade, forhindrer adgang til Pt websteder under elektrokemiske conditioning. Ilt udglødning ved 175 ° C forudsat en balance mellem behovet for at stabilisere undergrunden Ni for holdbarhed test, mens det stadig tillader for Pt adgang under konditioneringen. For nanowires, der var 15,2 wt. % Pt, produceret højere ilt udglødning temperaturer lavere indledende aktivitet; omvendt, lavere ilt udglødning temperaturer resulterede i højere holdbarhed tab og højere grader af Ni opløsning.
Figur 1 . Skematisk af spontan galvaniske forskydning proces. Skematisk af spontan galvaniske deplacement-processen med en ædlere metal kation (rød) fortrænger en metal skabelon (blå)6. Genoptrykt (tilpasset) med tilladelse fra S. M. Alia, Y. S. Yan og B. S. Pivovar, katalyse Science & Technology, 4, 3589 (2014). Copyright 2014 Royal Society of kemi. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2 . Syntetiseret Pt-Ni nanowires: deres sammensætning og overflade område. (A) Pt-Ni Nanotråd sammensætning som en funktion af mængden Pt forløber (kalium tetrachloroplatinate) tilføjet til 40 mg Ni nanowires under galvaniske forskydning. (B) elektrokemiske overfladen områder af som syntetiseret Pt-Ni nanowires som en funktion af niveauet af Pt forskydning7. Datamærkerne betegne den gennemsnitlige værdi, mens fejllinjer betegne standardafvigelsen af målingen. Genoptrykt (tilpasset) med tilladelse fra S. M. Alia, B. A. Larsen, S. Pylypenko, D. A. Cullen, D. R. Diercks, K. C. Neyerlin, S. S. Kocha og B. S. Pivovar, ACS katalyse, 4, 1114 (2014). Copyright 2014 American Chemical Society. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3 . Ilt reduktion masse aktiviteten af hydrogen udglødet Pt-Ni nanowires som en funktion af den udgloedning temperatur8. Datamærkerne betegne den gennemsnitlige værdi, mens fejllinjer betegne standardafvigelsen af målingen. Genoptrykt (tilpasset) med tilladelse fra S. M. Alia, C. Ngo, S. shoulda, M.-A. Ha, A. A. Dameron, J. N. Weker, K. C. Neyerlin, S. S. Kocha, S. Pylypenko og B. S. Pivovar, ACS Omega, 2, 1408 (2017). Copyright 2017 American Chemical Society. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Katalysator | Jegm, jeg0.9V [mA mgPt\u20121] |
Jegm, f0.9V [mA mgPt\u20121] |
| PT-Ni | 1653 | 1339 |
| H2 | 5213 | 3962 |
| Syre | 3583 | 3153 |
| O2 | 5414 | 5305 |
| PT/HSC | 500 | 375 |
Tabel 1. Ilt reduktion masse aktiviteter forud for (jegm, jeg) og følgende (jegm, f) halvcelle holdbarhedsprøvning. Evaluerede katalysatorer omfatter som syntetiseret (Pt-Ni), brint udglødet (Hansen2), syre udvaskes (syre) og ilt udglødet (O2) Pt-Ni nanowires. Halvcelle udførelsen af carbon-støttede Pt nanopartikler (Pt/HSC) blev også leveret som en reference8. Genoptrykt (tilpasset) med tilladelse fra S. M. Alia, C. Ngo, S. shoulda, M.-A. Ha, A. A. Dameron, J. N. Weker, K. C. Neyerlin, S. S. Kocha, S. Pylypenko og B. S. Pivovar, ACS Omega, 2, 1408 (2017). Copyright 2017 American Chemical Society.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Disse protokoller har været brugt til at producere udvidet overflade electrocatalysts med både høj overflade områder og specifikke aktiviteter i ilt reduktion reaktionen8. Ved at deponere Pt på nanostrukturerede skabeloner, nanowires undgås lav koordineret sites og minimere størrelsen partikeleffekter, producere specifikke aktiviteter mere end 12 gange større end CO2-støttede Pt nanopartikler. Ved hjælp af galvanisk forskydning som syntese tilgang også produceret en omtrentlig belægning på Ni skabelon7. På et lavt niveau af Pt forskydning, denne proces produceres elektrokemiske overfladen områder mere end 90 m2 gPt-1, et betydeligt gennembrud i udvidet overflade katalysatorer.
Brint udglødning var nødvendig for at forbedre ydeevnen8. Udglødning til forhøjede temperaturer forbedret ilt reduktion specifikke aktivitet, der blev rationaliseret som en legering effekt forårsaget af Pt gitter kompression svækkede Pt-O chemisorption9,10. Selv om brint udglødning trin forbedret indledende aktivitet, var høj holdbarhed og Ni opløsning tab en bekymring. Syre udvaskning og ilt udglødning blev brugt til at minimere disse tab. Den optimerede Pt-Ni nanowires produceret ilt reduktion masse aktiviteter af elleve gange større end CO2-støttede Pt nanopartikler og tre gange større end de som syntetiseret ledninger. Betydelige forbedringer blev også gjort til Nanotråd holdbarhed, som mistede 3% masse aktivitet (som syntetiseret tabt 21%) og 0,3% af katalysator massen til Ni opløsning (som syntetiseret tabt 7%).
PT-Ni nanowires blevet udviklet og optimeret til deres ydeevne i RDE half-cells. RDE test anvendes ofte i katalysator screening, for at evaluere de grundlæggende egenskaber og elektrokemiske kapaciteter af en katalysator. RDE aktivitet, garanterer dog ikke lignende brændselscelle ydeevne, og membran elektrode forsamlinger omfatter aktivitet tab på grund af masse transport og elektronisk og ioniske modstand. Pt-Ni nanowires udviklet i disse protokoller vise mere end en størrelsesorden højere aktivitet til Pt nanopartikler, samt forbedret holdbarhed. Mens disse resultater tyder på, at Pt-Ni nanowires kunne reducere brændselscelle elektrode belastninger for at opfylde cost-performance målinger, effektivt at indarbejde disse materialer i membran elektrode forsamlinger er fortsat en betydelig udfordring.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Finansielle støtte blev leveret fra det amerikanske Department of Energy, Office of Energy Efficiency og vedvarende energi under kontraktnummer DE-AC36-08GO28308 til NREL.
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).
