无表面活性剂和粘合剂分层铂纳米阵列直接生长在碳毡电极上高效电催化( Surfactant- and Binder-Free Hierarchical Platinum Nanoarrays Directly Grown onto a Carbon Felt Electrode for Efficient Electrocatalysis )

Widya Ernayati Kosimaningrum Thi Xuan Huong Le Yaovi Holade Mikhael microbial fuel cell air-breathing cathode oxygen reduction reaction electrodeposition platinum

将化学能转化为电能的燃料电池，其发展前景主要取决于氧还原反应(ORR)的效率。通过有效地绕过有机表面活性剂的使用、固定到电极上的后合成步骤、使用粘结剂制备催化油墨以及传统方法中常见的纳米粒子从载体上分离的问题，我们展示了一种多功能的电沉积方法，以铂纳米粒子为基本构件，直接在三维碳毡电极上生长各向异性微结构。采用物理（热重分析、X射线衍射、扫描电镜、电感耦合等离子体、X射线光电子能谱）和电分析（伏安法、电化学阻抗谱）相结合的方法对所合成的材料进行了广泛的表征，考察了材料与性能之间的复杂关系，选择了性能最好的电催化剂用于ORR的模型反应，并将其实际应用于微生物燃料电池(MFC)中。一种经过严格优化的工艺，可以通过40～60纳米超薄三维互连铂纳米阵列来修饰电化学活性炭毡电极，从而形成CA的层次结构。500纳米。半池反应表明，高度粗糙的金属表面对ORR和析氢反应（-10 mA cm-2,只有75 mV的过电位）的活性和稳定性都有所提高（起始电压为1.1 V,p(HO2-)<0.1%)。由于其独特的特性，所开发的材料在花园堆肥MFC中作为吸气阴极表现出优异的性能，显示出比等效的经典双室更好的电流和更快的发电速度。本文所获得的材料的增强性能可以通过纳米阵列表面上不存在任何有机表面活性剂、良好的金属-载体相互作用、纳米阵列的特殊形态以及减少颗粒的聚集/分离来解释。它有望从根本上改善目前的表面反应，并为电极的表面粗糙度调节铺平了一条新的道路，使其在多相催化中的成功应用成为可能。

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