The PtBi/C and PtBiPd/C electrocatalysts were synthesized via the irreversible adsorption of Pd and Bi ions precursors on commercial Pt/C catalysts. XRD and XPS revealed the formation of an alloy structure among Pt, Bi, and Pd atoms. The current of direct formic acid oxidation (Id) increased ~ 8 and 16 times for the PtBi/C and PtBiPd/C catalysts, respectively, than that of commercial Pt/C because of the electronic, geometric, and third body effects. In addition, the increased ratio between the current of direct formic acid oxidation (Id) and the current of indirect formic acid oxidation (Iind) for the PtBi/C and PtBiPd/C catalysts suggest that the dehydrogenation pathway is dominant with less CO formation on these catalysts.
Platinum is a transition metal that is very resistant to corrosion. It is used as catalyst for converting methyl alcohol to formaldehyde, as catalytic converter in cars, for hydrocracking of heavy oils, in Fuel Cell devices etc. Moreover, Platinum compounds are important ingredient for cancer chemotherapy drugs. The nano forms of Platinum due to its unique physico-chemical properties that are not found in its bulk counterpart, has been found to be of great importance in electronics, optoelectronics, enzyme immobilization etc. The stability of Platinum nanoparticles has supported its use for the development of efficient and durable proton exchange membrane Fuel Cells. The present review concentrates on the use of Platinum conjugated with various metal or compounds, to fabricate nanocomposites, to enhance the efficiency of Platinum nanoparticles. The recent advances in the synthesis methods of different Platinum-based nanocomposites and their applications in Fuel Cell, sensors, bioimaging, light emitting diode, dye sensitized solar cell, hydrogen generation and in biosystems has also been discussed.
PtRu based and PtSn based ternary catalysts were prepared by a conventional impregnation method using NaBH4 as reducing agent. The alloy formation, crystalline size and chemical composition of the in-house catalysts were determined by XRD, TEM and EDX, respectively. The chemical compositions of in-house catalysts were quite similar to the nominal value and good alloy formations were also observed. Further, crystalline sizes of ternary catalysts were comparatively smaller than binary catalysts and were approximately 3.5 ~ 5.5 nm. The electrochemical measurements were carried out in the solution 1 M $H_2SO_4$ with 1 M $C_2H_5OH$ at room temperature. LSV results obtained that ternary catalysts were higher current densities and specific activities. Especially, in case of tungsten addition system, Pt5Sn4W/C have the highest specific activities values and was approximately 21.2 and 3.1 times higher than that of PtRu/C and PtSn/C electrocatalyst.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.50
no.1
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pp.1-9
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2017
Design of novel materials in renewable energy systems plays a key role in powering transportation vehicles and portable electronics. This review introduces the research work of first principles-based computational design for the materials over the last decade to accomplish the goal with less financial and temporal cost beyond the conventional approach, especially, focusing on electrocatalyst toward a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). It is proposed that the new method combined with experimental validation, can provide fundamental descriptors and mechanical understanding for optimal efficiency control of a whole system. Advancing these methods can even realize a computational platform of the materials genome, which can substantially reduce the time period from discovery to commercialization into markets of new materials.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.51
no.3
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pp.179-184
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2018
In this study, Ni and tungsten carbide (WC) nanoparticles are simultaneously synthesized with the mesoporous carbon nanoparticles (CNP) using a solution plasma processing (SPP) in the benzene. The Ni and WC nanoparticles were formed through the sputtering effect of electrodes during discharge, and mean time CNP were formed through reduction reaction. TEM observation showed that loaded Ni and WC nanoparticles were evenly dispersed on the CNP. The results of electrochemical analysis demonstrated that an introduction of Ni nanoparticles promoted to improve catalytic activity for oxygen reduction reaction (ORR). Moreover, Ni-WC/CNP lead to fast electron transfer process compared to that of WC/CNP. Therefore, the inexpensive Ni-WC/CNP might be a promising as catalytic material for cathodes in fuel cell applications.
The use of nanoscale electrocatalysts is a promising strategy for achieving high catalyst activity due to their large surface area. However, catalyst activity is not directly correlated to particle size. To understand this discrepancy, many studies have been conducted, but a full understanding has still not been achieved, despite the importance of particle size effects in designing an active catalyst. In this review, we focus on the discussion of particle size effects on the oxygen reduction reaction, and also discussed the nanoscale design beyond the nanoparticle to the meso and macroscale design.
The electrodes for Phosphoric Acid Fuel Ceil were fabricated as a condition of PTFE contents in electrocatalyst layer and sintering temperature in the range of 25 -- 65 wt% and 310 -- $390^{\circ}C$, respectively. For the fabricated electrode, the accelation testing of cathode half cell at open circuit potential was investigated. While the performance of electrode showed maximum at the low level of PTFE contents in the initial stage of accelation testing, the maximum performance was shifted to higher PTFE contents of 45wt% after 24hrs accelation testing.
Conducting poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDT) films with metalloporphyrins incorporated as the counter ions were prepared by electropolymerization of the monomer in the presence of metal-tetra(sulfonatophenyl) porphyrin anions. Cathodic reduction of oxygen on the resulting conducting polymer films was studied. The overpotential for O2 reduction on electrodes with cobalt-porphyrin complex was significantly smaller in acidic solutions than on gold. In basic solutions, the overpotential at low current densities was close to those on platinum and gold. Polymer electrode with Co-complex yielded higher limiting currents than with Fe-complex, although the Co-complex polymer electrode was a poorer electrocatalyst for O2 reduction in the activation range of potential than the Fe counterpart. From the rotating ring-disk electrode experiments, oxygen reduction was shown to proceed through either a 4-electron pathway or a 2-electron pathway. In contrast to the polypyr-role-based electrodes, the PEDT-based metalloporphyrin electrodes were stable with wider potential windows, including the oxygen reduction potential. Their electrocatalytic properties were maintained at temperatures up to 80℃ in KOH solutions.
An unconventional fabrication technique of nanoelectrode was developed using atomic force microscopy (AFM) and hydrogel. Until now, the precise control of electroactive area down to a few nm2 has always been an obstacle, which limits the wide application of nanoelectrodes. Here, the nanometer-sized contact between the boron-doped diamond (BDD) as conductive AFM tip and the agarose hydrogel as solid electrolyte was well governed by the feedback amplitude of oscillation in the non-contact mode of AFM. Consequently, this low-cost and feasible approach gives rise to new possibilities for the fabrication of nanoelectrodes. The electroactive area controlled by the set point of AFM was investigated by cyclic voltammetry (CV) of the ferrocenmethanol (FcMeOH) combined with quasi-solid agarose hydrogel as an electrolyte. Single copper (Cu) nanoparticle was deposited at the apex of the AFM tip using this platform whose electrocatalytic activity for nitrate reduction was then investigated by CV and Field Emission-Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), respectively.
Baek, Ji Hyun;Lee, Dong Geon;Jin, Young Un;Han, Man Hyung;Kim, Won Bin;Cho, In Sun;Jung, Hyun Suk
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.417-417
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2016
Global environmental deterioration has become more serious year by year and thus scientific interests in the renewable energy as environmental technology and replacement of fossil fuels have grown exponentially. Photoelectrochemical (PEC) cell consisting of semiconductor photoelectrodes that can harvest light and use this energy directly to split water, also known as photoelectrolysis or solar water splitting, is a promising renewable energy technology to produce hydrogen for uses in the future hydrogen economy. A major advantage of PEC systems is that they involve relatively simple processes steps as compared to many other H2 production systems. Until now, a number of materials including TiO2, WO3, Fe2O3, and BiVO4 were exploited as the photoelectrode. However, the PEC performance of these single absorber materials is limited due to their large charge recombinations in bulk, interface and surface, leading low charge separation/transport efficiencies. Recently, coupling of two materials, e.g., BiVO4/WO3, Fe2O3/WO3 and CuWO4/WO3, to form a type II heterojunction has been demonstrated to be a viable means to improve the PEC performance by enhancing the charge separation and transport efficiencies. In this study, we have prepared a triple-layer heterojunction BiVO4/WO3/SnO2 photoelectrode that shows a comparable PEC performance with previously reported best-performing nanostructured BiVO4/WO3 heterojunction photoelectrode via a facile solution method. Interestingly, we found that the incorporation of SnO2 nanoparticles layer in between WO3 and FTO largely promotes electron transport and thus minimizes interfacial recombination. The impact of the SnO2 interfacial layer was investigated in detail by TEM, hall measurement and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. In addition, our planar-structured triple-layer photoelectrode shows a relatively high transmittance due to its low thickness (~300 nm), which benefits to couple with a solar cell to form a tandem PEC device. The overall PEC performance, especially the photocurrent onset potential (Vonset), were further improved by a reactive-ion etching (RIE) surface etching and electrocatalyst (CoOx) deposition.
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