ナノワイヤーの合成プラチナ ニッケルと酸素還元性能の最適化
Summary
プロトコルでは、合成とプラチナ ニッケル ナノワイヤの電気化学的試験をについて説明します。ニッケル ナノワイヤ テンプレートのガルバニック変位によりナノワイヤーを合成しました。水素アニール処理を含む、後の合成処理、酸溶出および酸素アニール ナノワイヤ性能と酸素還元反応で耐久性を最適化するために使用されました。
Abstract
プラチナ ニッケル (Pt-Ni) ナノワイヤー燃料電池電極触媒として開発された、パフォーマンスと耐久性酸素還元反応を最適化されました。自発的なガルバニック変位は、Pt Ni ナノワイヤの基板上に層を堆積させるため使用されました。合成のアプローチは、特定の高い活動と高い Pt 表面積触媒を生産しました。水素アニール処理と、Pt Ni 混合および特定活動が向上しました。ナノワイヤ表面近傍 Ni を優先的に削除する使用された酸溶出と地表付近 Ni、耐久性の向上と Ni の溶出を最小限に抑えることを安定させるために使用された酸素アニールします。これらのプロトコルの詳細を含む水素アニール 250 ° c に 0.1 M 硝酸への暴露と酸素アニール 175 ° c. に後合成処理ステップごとの最適化これらの手順により Pt Ni ナノワイヤーは、耐久性の大幅な改善を提供しながら Pt ナノ粒子より大きさの順よりも活動量の増大を生産しました。示されたプロトコルは、燃料電池用触媒の開発で Pt Ni システムに基づいています。これらのテクニックは、さまざまな金属の組み合わせにも使用されているし、多数の電気化学プロセス用触媒の開発に適用できます。
Introduction
プロトン交換膜燃料電池は量と燃料電池コスト1の半分を占めることができる触媒層に必要なプラチナの費用によって部分的に制限されます。ナノ材料は、燃料電池の反応が速度論的水素の酸化反応より遅いため通常酸素還元触媒として開発します。Pt ナノ粒子の炭素担、彼らの高い表面積のため酸素還元電極触媒として使用されます。しかし、彼らは特定の選択的活性を持つ、耐久性損失になりやすいです。
拡張の薄膜は、これらの制限に対処することによってナノ粒子への潜在的な利点を提供しています。拡張 Pt 表面は通常少ないアクティブなファセットと粒子径の影響を制限することによって具体的な活動、ナノ粒子より大きい大きさの順序を生産し、サイクリング2,3ポテンシャル下で耐久性のあることが示されています。,4. 拡張表面電極触媒の質量の高い活動が達成されているが、特定の活動の増加を主に改善をしました、触媒型が低表面積 (10 m2 g で Pt に制限されていますPt-1)3,4,5。
自発電気変位は、腐食と電析6の側面を兼ね備えています。プロセスは、通常、2 つの金属の標準酸化還元電位が管理し、沈着は、通常、金属の陽イオンがテンプレートよりもより反応性に発生します。変位はテンプレートの形態に一致するナノ構造を生成する傾向があります。この手法を拡張ナノ構造に適用すると、拡張された薄膜の高酸素還元能を活用する Pt 触媒を形成できます。部分的なずれ、少量 Pt の寄託されているし、高い表面積 (> 90 m2 gPt-1)7,8材料を生産しています。
これらのプロトコルを含む水素アニール Pt および Ni ゾーンをミックスして酸素還元能を向上させます。研究の数は仕組みを理論的に確立して、Pt 酸素還元における合金効果の一端を。モデリングと酸素還元活性への Pt OH と Pt O バインドを関連付ける格子圧縮9,10Pt の改善を行うことができることをお勧めします。この利点を確認して Pt を小さい遷移金属と合金と Pt Ni は、多結晶、多面的な電極、ナノ粒子、ナノ構造11,12,などのフォームの数で検討されている1314,。
ガルバニックの変位は、銀、銅、コバルトのナノ構造15,16,17など他のテンプレートの様々 な Pt 酸素還元触媒の開発に使用されています。合成技術、その他の金属の蒸着に使用されています、アルコール18,19,20、電極、電解槽、燃料電池用電極触媒を生産しています。 21。類似したプロトコルは、電気化学的応用の広い範囲でのナノ物質の合成にも対応できます。
Protocol
Representative Results
Discussion
これらのプロトコルは、拡張の表面触媒高い表面積と酸素還元反応8で特定の活動を生成する使用されています。ナノ構造テンプレートに Pt を堆積することによりナノワイヤーは低調整されたサイトを避け、特定活動よりも 12 倍以上の炭素担持 Pt ナノ粒子の生産、粒子径の影響を最小限に抑えます。Ni テンプレート7近似コーティングを生産も合成方法と?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
金融支援は、NREL に契約番号・ デ ・ AC36 08GO28308 の下で米国エネルギー省、エネルギー効率のオフィスおよび再生可能エネルギーによって提供されました。
Materials
| 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 |
Referências
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