Synthesis and characterization of core-shell electrocatalysts for fuel cells application

Abstract

Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEMFC) sind eine vielversprechende Technologie, um Elektrizität durch die direkte Umwandlung chemischer in elektrische Energie zu erhalten. Das größte Problem für eine PEMFC-Kommerzialisierung stellt immer noch die träge Kinetik der elektrokatalytischen Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) im sauren Elektrolyten dar. In dieser Arbeit wurde eine Reihe von legierten PtCu/CNTs- und Cu@Pt/CNTs-Elektrokatalysatoren durch die Mikrowellen-gestützte Polyol-Methode, mit und ohne Natriumborhydrid (NaBH4), in einem einstufigen oder zweistufigen Herstellungsverfahren hergestellt. Dabei konnte beobachtet werden, dass, abhängig von der Präparationsmethode, die Kern-Schale-Katalysatoren eine bis zu 4,5-fach höhere spezifische und massenbezogene Aktivität im Vergleich zu kommerziellen Pt/C-Katalysatoren aufwiesen.

Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFCs) is a promising technology supplying electricity by converting the energy stored in chemical fuels into electrical energy. Several challenges impede PEMFC commercialization among them the slow kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR) even on Pt. Core-shell nanoparticles have emerged as a novel class of catalysts with high activity for ORR. A set of PtCu/CNTs alloys have been prepared by microwave-assisted polyol method, the core-shell structure was obtained by electro/chemical dealloying of the prepared alloys in an acidic solution. Depending on the preparation process/parameters the most active catalysts demonstrated up to 4.5 fold enhancement in the ORR activities when compared to the commercial Pt/C catalyst.