Preparation and characterization of CNT-based hierarchically structured electrodes for application in a fuel cell

Abstract

Angesichts eines erheblichen Einflusses von Katalysatorträgern auf Leistung und Haltbarkeit in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle wurden hierarchisch strukturierte Katalysatorträger verwendet. Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) oder Graphen wurden durch Bottom-up-Ansätze zur hierarchischen Struktur zusammengesetzt. CNTs wurden durch eine Abfolge von Eisen-Abscheidung und chemischer Gasphasenabscheidung auf der Oberfläche von kommerziellen CNTs, Glaskohlenstoff und reduziertem Graphenoxid auf Kohlenstoffgewebe abgeschieden, jeweils zur Bildung von hierarchischen Elektroden. Anschließend wurden Platin (Pt) Nanopartikel abgeschieden. Jeder Präparationsschritt wurde durch Rasterelektronen- oder Transmissionselektronenmikroskopie und Raman-Spektroskopie überprüft. Die hergestellten Elektroden zeigen eine erhöhte elektrochemische Pt-Oberfläche und eine verbesserte elektrochemische Leistung, u.a. in der Methanoloxidations- und Sauerstoffreduktionsreaktion.

Given the notable effect of catalyst supports on performance and durability in a polymer electrolyte membrane fuel cell, hierarchically structured catalyst supports were proposed. Carbon nanotubes (CNTs) or graphene were assembled to the hierarchical structure via bottom-up approaches. CNTs were deposited by a sequence of iron deposition and chemical vapor deposition on the surface of commercial CNTs, glassy carbon and reduced graphene oxide on carbon cloth, respectively, to form hierarchical electrodes. Afterwards, platinum (Pt) nanoparticles were deposited. Each preparation step was verified by scanning electron- or transmission electron microscopy and Raman spectroscopy. The prepared electrodes show increased Pt electrochemical surface area, and display improved electrochemical performance, e.g. in methanol oxidation- and oxygen reduction reaction.