One-Pot-synthese van hiërarchische bloemachtige Pd-Cu-legeringsondersteuning op grafeen naar ethanoloxidatie

Abstract

Het synergetische effect van legering en morfologie van nanokatalysatoren spelen een cruciale rol bij de elektro-oxidatie van ethanol. In dit werk hebben we een nieuwe elektrokatalysator ontwikkeld die is gefabriceerd door een-potsynthese van hiërarchische bloemachtige nanokatalysatoren van palladium (Pd)-koper (Cu) legering ondersteund op gereduceerd grafeenoxide (Pd-Cu_(F) /RGO) voor directe ethanolbrandstofcellen. De structuren van de katalysatoren werden gekarakteriseerd met behulp van scanning-elektronenmicroscopie (SEM), transmissie-elektronenmicroscoop (TEM), röntgendiffractie (XRD) en röntgenfoto-elektronspectrometer (XPS). De as-gesynthetiseerde Pd-Cu_(F) /RGO-nanokatalysator bleek hogere elektrokatalytische prestaties te vertonen ten aanzien van de elektro-oxidatiereactie van ethanol in alkalisch medium in tegenstelling tot door RGO ondersteunde Pd-nanokatalysator en commerciële Pd-zwarte katalysator in alkalische elektrolyt, wat kan worden toegeschreven aan de vorming van legering en de morfologie van nanodeeltjes. De hoge prestatie van nanokatalysatoren onthult het grote potentieel van het structuurontwerp van de ondersteunende materialen voor de toekomstige fabricage van nanokatalysatoren.

Achtergrond

Directe ethanolbrandstofcellen (DEFC's) worden beschouwd als economische en milieuvriendelijke hernieuwbare energiebronnen vanwege de lage bedrijfstemperatuur, hernieuwbaarheid, lage toxiciteit en hoge energiedichtheid [1, 2]. Langdurige activiteit is een enorme uitdaging gebleven voor toekomstige toepassing van DEFC's, terwijl de vergiftiging het knelpunt wordt voor verdere verbetering. Van alle metalen nanokatalysatoren trekt Pd meer aandacht, niet alleen vanwege de lagere kosten, maar ook vanwege de geringe CO-vergiftigingseffecten voor elektrochemische oxidatie van ethanol [3, 4]. Daarnaast is gemeld dat morfologie en structuren van ondersteunende materialen of nanodeeltjes hun elektrochemische eigenschappen aanzienlijk kunnen beïnvloeden [5, 6], en de volgende zijn bestudeerd:micro/nanoleaves [7], nanoflowers [6], nanowires [8] , hiërarchische holle microsfeer [9], en bloem/gras-achtige structuren [10]. Het hiërarchische bloemachtige koper is onlangs gerapporteerd door de morfologie van koper te veranderen om een groot oppervlak te krijgen [5, 11, 12]. Er is ook gevonden dat koper niet alleen de kosten van de elektrokatalysator verlaagt, maar ook meer de voorkeur kan hebben voor de adsorptie van hydroxylen, wat de snelheid van alcoholoxidatie verder verhoogt [4, 13]. Bovendien zouden de elektronische eigenschappen veranderen als gevolg van de verschuivingen in het midden van de d-band tijdens de vorming van de Pd-Cu-legering, en het synergetische effect van de samenstelling zou de elektrokatalytische activiteit ten opzichte van ethanol verder verhogen [14, 15].

Naast metalen materialen, wordt verwacht dat de ideale ondersteunende materialen van elektrokatalysatoren een groot oppervlak en een goede elektrische geleidbaarheid hebben [16, 17], en recentelijk zijn series van grafeen en zijn complexe materialen ontwikkeld als ondersteunde materialen voor de nanokatalysatoren voor ethanoloxidatie. Er werd gemeld dat metalen goed gedispergeerd konden worden op het grafeen vanwege het grote aantal functionele groepen op de grafeenlagen die een hoge katalytische activiteit vertoonden voor elektro-oxidatie van alcohol [15, 16, 18]. Daarom zou het veelbelovend zijn om een bloemachtige Pd-Cu-legering nanokatalysatoren te ontwikkelen, ondersteund op gereduceerd grafeenoxide naar elektrochemische oxidatie van ethanol.

Hierin hebben we een gemakkelijke hydrothermische benadering in één pot ontwikkeld om bloemachtige nanodeeltjes van Pd-Cu-legeringen te bereiden die worden ondersteund op gereduceerd grafeenoxide (RGO). De toevoeging van ammoniakoplossing beïnvloedt niet alleen de vorming van Pd-Cu-legeringen, maar leidt ook tot de hiërarchische bloemachtige structuur, die zich hecht aan het RGO-oppervlak, waardoor het oppervlak van elektrokatalysatoren synergetisch wordt vergroot en meer beschikbare actieve plaatsen worden verkregen [19]. De Pd-Cu_(F) /RGO-nanokatalysator werd gekenmerkt door scanning-elektronenmicroscopie (SEM), transmissie-elektronenmicroscoop (TEM), röntgendiffractie (XRD), röntgenfoto-elektronspectrometer (XPS), inductief gekoppelde plasma-optische emissiespectroscopie (ICP-OES), en thermogravimetrische analyse (TGA). De elektrochemische studies in alkalisch medium tonen aan dat de Pd-Cu_(F) /RGO-nanokatalysator biedt een hogere activiteit en aanzienlijk betere langetermijnactiviteit tegen elektro-oxidatie van ethanol dan RGO-ondersteunde Pd-nanokatalysator en commercieel Pd-zwart.

Methoden

Reagentia en chemicaliën

Koper(II)nitraattrihydraat (Cu(NO₃ .) )₂ ·3H₂ O), palladiumchloride (PdCl₂ ), ethyleenglycol (EG), ethanol, grafietpoeder (S.P.), zwavelzuur (98 gew.% H₂ SO₄ ), kaliumpermanganaat (KMnO₄ ), en kaliumboorhydride (95 gew.% KBH₄ ) werden gekocht van Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Waterstofperoxide (30 gew.% H₂ O₂ ) en ammoniakoplossing werden geleverd door Guangdong Guanghua Sci Tech Co., Ltd. Natriumhydroxide (NaOH) werd aangeboden door Aladdin Industrial Inc. Polyvinylpyrrolidon (PVP, MW =30.000, AR) werd gekocht bij Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. ( Shanghai, China). Tien procent van Pd-zwart werd geleverd door HESEN Electric Co., Ltd. (Shanghai, China). Vijf gew.% Nafion-oplossing werd verkregen van Sigma Aldrich. Alle chemicaliën werden gebruikt zonder verdere zuivering.

Voorbereiding van de Pd-Cu_(F) /RGO

Bereiding van grafeenoxide (GO)

GO werd bereid uit grafietpoeder volgens een aangepaste Hummers-methode [20].

Voorbereiding van Pd-Cu_(F) /RGO

Eerst werd een gemengde oplossing van 40 ml EG en 40 ml ethanol bereid, en 160 mg PVP werd gedurende 30 minuten onder sonicatie in de oplossing gedaan, waarna 0,01 mol L^− 1 werd toegevoegd. PdCl₂ en 0,02 mol L^− 1 Cu(NO₃ )₂ ·3H₂ O in de gemengde oplossing onder roeren, gevolgd door het toevoegen van een bepaald volume ammoniakoplossing om de pH =10,0 in te stellen. Vervolgens werd 30 mg zoals bereid GO gedispergeerd in de gemengde oplossing van 5 ml EG en 5 ml ethanol onder sonicatieconditie om GO-suspensie te vormen, en vervolgens toegevoegd aan de bovengenoemde oplossing met sonicatie gedurende nog eens 60 minuten. Na deze stappen hebben we de mengseloplossing overgebracht met 2 ml KBH₄ (0,15 mg ml^− 1 ) in een met Teflon beklede autoclaaf van 50 ml en gedurende 6 uur op 160 ° C gehouden. Na afkoeling tot kamertemperatuur werd het product gecentrifugeerd en enkele malen gewassen met ultrazuiver water en ethanol. Ten slotte werd het product een nacht onder vacuüm bij 40°C gedroogd; het resultaat kreeg de naam Pd-Cu_(F) /RGO.

We hebben ook het bolvormige deeltje Pd en Cu bereid op RGO-nanokatalysator in de vergelijkbare hierboven genoemde methode, terwijl het verschil is dat de ammoniakoplossing werd vervangen door Na₂ CO₃ oplossing. De verkregen katalysatoren werden gemarkeerd als Pd-Cu_(P) /RGO. En de RGO-ondersteunde Pd (Pd/RGO) of Cu (Cu_(F) /RGO) nanokatalysatoren werden ook bereid onder vergelijkbare omstandigheden zonder Cu(NO₃ )₂ ·3H₂ O of PdCl₂ , respectievelijk.

Elektrochemische metingen

De elektrochemische metingen voor elektrokatalytische activiteit en stabiliteit van katalysatoren werden uitgevoerd op een elektrochemisch werkstation CHI750D met behulp van een cel met drie elektroden bij kamertemperatuur. Een platinaplaatelektrode werd gebruikt als tegenelektrode, terwijl een verzadigde calomelelektrode (SCE) als referentie-elektrode werd gebruikt. De voorbereiding van de werkelektrode was de volgende stappen:2 mg Pd-Cu_(F) /RGO-katalysator werd onder sonicatie toegevoegd aan 2 ml ultrapuur water om een suspensie te vormen; vervolgens werd 10 μL van de katalysatorsuspensie uitgespreid op het oppervlak van een glasachtige koolstofelektrode (GCE, 5 mm in diameter), die zorgvuldig is gepolijst met aluminiumoxide en schoongemaakt met ultrapuur water. Later werd 5 μL Nafion-oplossing (5 gew.%) op het oppervlak gedruppeld als een laag om de monsters te bedekken. Ter vergelijking:de Pd-Cu_(P) /RGO-, Pd/RGO- en commerciële Pd-zwarte katalysatoren werden onder dezelfde omstandigheden ook aangepast voor de elektroden. In elk experiment werd stikstof van hoge zuiverheid gebruikt om de elektrolyt gedurende 30 minuten te verzadigen om de zuurstof te verwijderen.

Resultaten en discussie

SEM en TEM werden gebruikt om de grootte en morfologie van Pd-Cu_(F) te onderzoeken /RGO, Pd-Cu_(P) /RGO, Cu_(F) /RGO- en Pd/RGO-katalysatoren. Zoals weergegeven in figuur 1a, bevinden de nanodeeltjes van de Pd-Cu-legering zich aan beide zijden van de grafeenlaag. Uit Fig. 1b, c blijkt duidelijk dat deze Pd-Cu_(F) /RGO-nanokatalysatoren hebben een bloemachtige morfologie die verschilt van Pd-Cu_(P) /RGO-nanodeeltjes getoond in Fig. 1e, f. En de gemiddelde deeltjesgrootte van deze twee katalysatoren was respectievelijk ongeveer 80 ± 5 nm en 10 ± 2 nm. De morfologie van Pd-Cu_(F) /RGO ligt veel dichter bij Cu_(F) /RGO-nanodeeltjes getoond in Fig. 1g in plaats van de sferische deeltjesstructuur van Pd/RGO-nanodeeltjes getoond in Fig. 1h, en deze compacte hiërarchische bloemachtige morfologie is net zoals gerapporteerd in eerdere studies, wat suggereert dat deze structuur relevant is voor de impact van Cu en ammoniakoplossing [21, 22]. De bloemachtige Pd-Cu-nanodeeltjes zonder grafeen werden ook gefabriceerd in figuur 1d om de rol van grafeen in de elektrokatalysatoren te bevestigen. Er kan worden waargenomen dat de nanodeeltjes ongelijk verspreid zijn en dat sommige kleine nanodeeltjes samen zijn geaggregeerd. Vergelijk met de morfologie van Pd-Cu_(F) /RGO, kan worden geconcludeerd dat grafeen een ideaal substraat is voor het ondersteunen en verspreiden van nanodeeltjes, wat consistent is met eerdere rapporten [17, 21].

SEM (een , b ) en TEM (c ) afbeeldingen voor Pd-Cu_(F) /RGO. SEM (d ) afbeelding voor Pd-Cu_(F) . SEM (e ) en TEM (f ) afbeeldingen voor Pd-Cu_(P) /RGO. TEM (g ) afbeelding voor Cu_(F) /RGO. SEM (u ) afbeelding voor Pd/RGO

Om de elementverdeling van de Pd-Cu_(F) . te onderzoeken /RGO, de energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDX) spectra werd getoond in Fig. 2a. De resultaten gaven aan dat de gewichtsfracties van Pd en Cu van Pd-Cu_(F) /RGO was ongeveer 1:1,4, wat overeenkwam met de voedingsgewichtsfracties van Pd en Cu die 1:1,3 waren. De werkelijke gewichtsfracties werden verder gemeten met inductief gekoppelde plasma-optische emissiespectroscopie (ICP-OES), en het analyseresultaat onthulde dat Pd-Cu_(F) /RGO bevat 15,8 gew.% Pd en 21,4 gew.% Cu, wat ongeveer consistent was met EDX. De STEM-EDS-scanprofielen (Fig. 2b) gaven ook aan dat Pd- en Cu-elementen homogeen op de katalysatoren werden geladen.

EDX-spectra (a ) en STEM-EDS-profielen (b ) van Pd-Cu_(F) /RGO. De Si-piek kwam van het benodigde Si-substraat

De XRD-patronen van de Pd-Cu_(F) /RGO, Pd-Cu_(P) /RGO, Pd/RGO en Cu_(F) /RGO-katalysatoren werden weergegeven in Fig. 3. Voor de Pd-Cu_(P) /RGO werden drie diffractiepieken gedetecteerd bij 40,1 °, 46,9 ° en 68,6 °, overeenkomend met de (111), (200) en (220) kristallietvlakken van Pd, die consistent waren met de pieken van Pd/RGO. En de diffractiepiek bij 43,3° behoort tot de (111) vlakken van de Cu, wat wijst op de fasescheiding tussen monometaal Pd en Cu in Pd-Cu_(P) /RGO. De piekposities van de Pd-Cu_(F) /RGO verschoof in vergelijking met Pd/RGO, wat de vorming van Pd-Cu-legeringen suggereert [12]. Het controle-experiment van Cu_(F) /RGO zonder Pd-lading toont extra pieken bij 29,6°, 42,4°, 61,4° en 74,0° overeenkomend met Cu_2 + 1 O (Cu₂ O met metaalovermatige defecten), wat bevestigde dat het koper op de RGO was geladen en geoxideerd. Bovendien wordt in elke lijn de brede piek bij ongeveer 25° gedetecteerd, die wordt toegeschreven aan de (002) vlakken van RGO, wat suggereert dat zuurstofbevattende functionele groepen uit de GO worden verwijderd [23].

XRD-patronen van de Pd-Cu_(P) /RGO (curve a), Pd/RGO (curve b), Pd-Cu_(F) /RGO (curve c), en Cu_(F) /RGO (curve d)

Om de structuur verder te bepalen, werd XPS-analyse uitgevoerd om de chemische toestand van het oppervlak en de componenten van het monster te analyseren. De XPS-spectra met hoge resolutie van Pd 3d , Cu 2p regio's van Pd-Cu_(F) /RGO worden respectievelijk getoond in Fig. 4a, b. Het XPS-spectrum van Pd was een combinatie van vier pieken die afkomstig waren van Pd bij 340,6 en 335,2 eV en PdO bij 341,6 en 336,2 eV [4]. In het Cu XPS-spectrum vertegenwoordigden de pieken rond 932,6 en 952,6 eV Cu 2p 3/2 en Cu 2p respectievelijk 1/2. De Cu 2p 3/2 en Cu 2p 1/2 signalen werden uitgerust met zes pieken die te wijten kunnen zijn aan Cu of Cu₂ O bij 932,4 en 952,4 eV, CuO bij 933,2 en 953,2 eV, en Cu(OH)₂ bij 934.4 en 955.2 eV, die gedeeltelijk consistent waren met het resultaat van XRD.

Onderzoek en hoge resolutie XPS-spectra van Pd 3d (een ) en Cu 2p (b ) van Pd-Cu_(F) /RGO

Volgens de XPS-gegevens stelden we het mogelijke vormingsmechanisme als volgt voor:In de oplossing van ammoniak, zowel Cu²⁺ en Pd²⁺ werden gecoördineerd met de ammoniak en vormden de [Cu(NH₃ )₄ ]²⁺ en [Pd(NH₃ )₄ ]²⁺ , respectievelijk. Een fractie van de complexen verder gecombineerd met OH⁻ om de metaaloxiden [24] te vormen, en het andere deel, werd verminderd met KBH₄ tot nanodeeltjes. Tijdens dit proces werd Pd-Cu-legering gevormd. Het is mogelijk dat de toevoeging van ammoniak de vorming van een Pd-Cu-legering bevordert [25, 26]. Wij geloven dat de PVP een cruciale rol speelt als structuursturend middel tijdens de reductie, die vergelijkbaar is met het systeem van de Pt-Cu onder de omstandigheid van cetyltrimethylammoniumbromide (CTAB). CTAB en PVP worden meestal gebruikt om de kiemvorming en groei van nanodeeltjes te beheersen en de reactiesnelheid te beïnvloeden, wat resulteert in verschillende vormen [27,28,29]. Ondertussen werd GO teruggebracht tot RGO door KBH₄ en de bloemachtige nanodeeltjes van Pd-Cu-legering werden afgezet op de RGO vanwege de sterke interacties tussen metaal- of metaaloxidenanodeeltjes en de functionele groepen van RGO [1]. Het schema van de bereiding van Pd-Cu_(F) /RGO-nanostructuren werd getoond in Fig. 5. Wat betreft Pd-Cu_(P) /RGO, volgens de werken van Zhang QL et al. [1] en Lu L et al. [30], Pd² ⁺ en Cu²⁺ kan worden verminderd met KBH₄ en gedeponeerd op de RGO, evenals Na₂ CO₃ door gewoon de pH van het systeem aan te passen.

Schematische weergave van de bereiding van Pd-Cu_(F) /RGO-nanostructuren

Thermogravimetrische analyse (TGA) werd uitgevoerd onder een luchtstroom en de monsters werden verwarmd met een verwarmingssnelheid van 10 °C min^− 1 . De analyse werd uitgevoerd op Pd-Cu_(F) /RGO, Pd-Cu_(P) /RGO, Pd/RGO en GO. De resultaten in Fig. 6 illustreerden dat een gewichtsverlies van ongeveer 6% van Pd-Cu_(F) /RGO trad op tussen 250 en 500 °C, terwijl het gewichtsverlies van Pd-Cu_(P) /RGO was ongeveer 14% en Pd/RGO was ongeveer 22%. Het gewichtsverlies van producten in luchtatmosfeer bij hoge temperatuur was waarschijnlijk te wijten aan de verwijdering van de resterende zuurstofbevattende functionele groepen. Het significante gewichtsverlies van GO, ongeveer 28% tussen 100 en 300 °C, was voornamelijk te wijten aan de verwijdering van zuurstofbevattende functionele groepen, net als C–O en C=O. En het gewichtsverlies binnen 100 °C dat het gevolg was van het ontsnappen van watermoleculen tussen de RGO-nanosheets en het gewichtsverlies boven 500 °C was te wijten aan de verbranding van koolstofskelet [27, 31, 32]. Het resultaat wees op de verwijdering van de zuurstofbevattende functionele groepen op Pd-Cu_(P) /RGO en Pd-Cu_(F) /RGO, wat verder bevestigt dat GO tijdens de synthese efficiënt werd gereduceerd tot RGO [23].

TGA-curven van Pd-Cu_(F) /RGO, Pd-Cu_(P) /RGO, Pd/RGO en GO van 40 tot 780 °C in een luchtatmosfeer

Om de prestatie van deze katalysatoren voor elektro-oxidatie van ethanol in alkalisch milieu te evalueren, werd het elektrochemische gedrag van deze katalysatoren onderzocht met cyclische voltammogrammen (CV) in 0,5 M NaOH-oplossing zonder en met 0,5 M C₂ H₅ OH. De CV's gemeten in een N₂ -verzadigde 0,5 M NaOH-oplossing met een scansnelheid van 50 mV s^− 1 werden getoond in Fig. 7a. De CV-metingen werden uitgevoerd tussen -0,8 en 0,2 V (vs. SCE), en de pieken van -0,2 tot 0 V werden bijgedragen door de vorming van zuurstofrijke soorten op het oppervlak van Pd, en de pieken tussen -0,4 en -0,2 V waren voornamelijk te wijten aan de reductie van PdO, dat oppervlakteplaatsen kan vrijgeven voor ethanoloxidatie [2]. Het elektrochemisch actief oppervlak (ECSA) werd berekend door het integrale gebied van de reductie van PdO. De ECSA werd geschat op 151,90 m² g^− 1 Pd voor de Pd-Cu_(F) /RGO, die groter was dan die voor de Pd-Cu_(P) /RGO (123,36 m² g^− 1 Pd), Pd/RGO (102,66 m² g^− 1 Pd) en Pd zwart (88,10 m² g^− 1 Pd).

Cyclische voltammogrammen van de Pd-Cu_(F) /RGO, Pd-Cu_(P) /RGO, Pd/RGO en Pd zwart. CV plots in 0,5 M NaOH (a ) en 0,5 M NaOH + 0,5 M C₂ H₅ OH (b ) met een scansnelheid van 50 mV s^− 1 . De ingevoegde afbeeldingen zijn de cyclische voltammogramgrafieken van Cu_(F) /RGO in 0,5 M NaOH (a ) en 0,5 M NaOH + 0,5 M C₂ H₅ OH (b ) met een scansnelheid van 50 mV s^− 1

De cv's van Pd-Cu_(F) /RGO, Pd-Cu_(P) /RGO, Pd/RGO en Pd zwart in een N₂ -verzadigd 0,5 M NaOH + 0,5 M C₂ H₅ OH-oplossing werd getoond in Fig. 7b. De ethanoloxidatiestroom van Pd-Cu_(F) /RGO (2416,25 mA mg^− 1 Pd) was hoger dan die van Pd-Cu_(P) /RGO (1779,09 mA mg^− 1 Pd), en veel hoger dan Pd/RGO (997,70 mA mg^− 1 Pd) en Pd zwart (847,4 mA mg^− 1 Pd), wat betekent dat de Pd-Cu_(F) /RGO had een hoge activiteit van ethanoloxidatie. Er waren ook verschillende beginpotentialen van ethanoloxidatie tussen de vier katalysatoren. Het beginpotentieel van Pd-Cu_(F) /RGO was negatiever dan die van Pd-Cu_(P) /RGO terwijl veel negatiever dan die van Pd/RGO en Pd zwart. Deze waarneming impliceerde dat ethanolmoleculen gemakkelijker kunnen worden geoxideerd op Pd-Cu_(F) /RGO. We kunnen concluderen dat de bloemachtige katalysatoren, zoals bereid, betere elektrochemische prestaties hadden dan de synthetische bolvormige deeltjeskatalysatoren.

Om de rol van Cu in de Pd-Cu_(F) . te onthullen /RGO, een controle-experiment van Cu_(F) /RGO zonder Pd-lading werd onder dezelfde omstandigheden uitgevoerd. Zoals getoond in de inzet van Fig. 7a, b, was er geen duidelijke piek van ethanoloxidatie in de CV-carve van Cu_(F) /RGO in 0,5 M NaOH + 0,5 M C₂ H₅ OH. Dit resultaat was consistent met de eerdere rapporten [4, 12]. De onmiskenbare elektrokatalytische activiteiten in de richting van ethanoloxidatie van Cu_(F) /RGO suggereerde dat de Pd fungeerde als de actieve plaatsen voor de elektrokatalytische oxidatie naar elektro-oxidatie van ethanol, en de vorming van een Pd-Cu-legering kan de elektrokatalytische activiteit verder verbeteren [33]. De rol van Cu in de Pd-Cu_(F) /RGO in de elektro-oxidatiereactie kan worden verklaard door een bifunctioneel effect [12]. Cu is een elektronendonoratoom, terwijl Pd een elektronenacceptor is. Het centrum van de d-band verschuift wanneer legering wordt uitgevoerd tussen Pd en Cu, en dit fenomeen kan de elektrokatalytische oxidatie verhogen [18, 34, 35]. Daarom zal de vorming van een Pd-Cu-legering in het voordeel zijn van elektro-oxidatie van ethanol. Het is ook interessant dat de verandering van morfologie van deeltje naar hiërarchische bloemachtige structuur ook de elektroactiviteit verder verbetert, wat voornamelijk te wijten is aan het grote oppervlak en de toename van het aantal katalytisch actieve plaatsen [36].

De duurzaamheidstest van deze vier katalysatoren werd gemeten in een N₂ -verzadigd 0,5 M NaOH + 0,5 M C₂ H₅ OH-oplossing voor 3000 s bij een potentiaal van -0,35 V, zoals weergegeven in Fig. 8. Vanwege de vorming van de tussenliggende soorten daalden de initiële stromen snel aan het begin [1], en de vervalsnelheid voor Pd-Cu _(F) /RGO was significant kleiner dan die van Pd-Cu_(P) /RGO. De eindstroom na 3000 s van Pd-Cu_(F) /RGO was veel hoger dan die van Pd-Cu_(P) /RGO, Pd/RGO en Pd black onder dezelfde omstandigheden, en de waarden van stroomdichtheid werden vermeld in Tabel 1. Deze resultaten illustreerden de hoogste elektrokatalytische activiteit op lange termijn van Pd-Cu_(F) /RGO onder de onderzochte katalysatoren, wat suggereerde dat de vorming van hiërarchische bloemachtige morfologie en legeringen de stabiliteit van katalysatoren tegen elektro-oxidatie van ethanol aanzienlijk verbeteren.

Ik -T krommen van de Pd-Cu_(F) /RGO (curve a), Pd-Cu_(P) /RGO (curve b), Pd/RGO (curve c) en Pd zwart (curve d) in 0,5 M NaOH + 0,5 M C₂ H₅ OH tot 3000 s bij 25 °C

Conclusies

Samenvattend hebben we een eenpotsynthese-aanpak ontwikkeld voor de bereiding van een nieuwe hiërarchische bloemachtige nanokatalysatoren van Pd-Cu-legeringen, ondersteund op chemisch omgezet grafeen. Het is gebleken dat de toevoeging van een ammoniakoplossing tijdens de bereiding van nanokatalysatoren de mogelijkheid biedt om de morfologie van nanokatalysatoren af te stemmen en de vorming van legeringen te beïnvloeden, die beide leiden tot een sterk verbeterde elektrokatalytische activiteit ten aanzien van de ethanoloxidatie in alkalisch medium en beter langdurig term stabiliteit van de hiërarchische bloemachtige structuur van Pd-Cu_(F) /RGO dan die van de Pd-Cu_(P) /RGO-, Pd/RGO- en Pd-zwarte katalysatoren. De aanzienlijk verbeterde elektrokatalytische activiteit en duurzaamheid die profiteren van de hiërarchische bloemachtige morfologie en Pd-Cu-legering suggereren dat de Pd-Cu_(F) /RGO zou een elektrokatalysator kunnen zijn voor de oxidatie van ethanol in DEFC's, wat het grote potentieel onthult van het structuurontwerp van de ondersteunende materialen voor de toekomstige fabricage van nanokatalysatoren.