多壁碳纳米管负载的金基双金属催化剂[Au–X (X = Cu, Fe, 和 Sn)]在直接硼氢化物燃料电池中的电催化性能提升

《physica status solidi (b)–– basic solid state physics》：Improved Electrocatalytic Performance of Multiwalled Carbon Nanotube-Anchored Au-Based Bimetallic Catalysts [Au–X (X?= Cu, Fe, and Sn)] for Direct Borohydride Fuel Cells

提高直接硼氢化物燃料电池效率的关键在于开发低成本高效电催化剂。本研究以多壁碳纳米管为载体，通过室温反应制备了Au-Fe、Au-Cu、Au-Sn纳米颗粒催化剂，运用Raman、EDX、FESEM、XRD和XPS进行系统表征。结果表明AuCu/MWCNTs催化剂晶粒尺寸14.3nm，电化学活性比表面积2953.43cm2·mg?1，在303K时实现27.35mA·cm?2峰值电流密度、0.06s?1周转频率及4.5kJ·mol?1活化能，其电荷转移电阻仅为61.5Ω。单电池测试显示该催化剂功率密度达24.46mW·cm?2，具有显著经济优势和环境友好特性。

　　

摘要

开发具有成本效益和高性能的电催化剂，用于硼氢化物氧化反应（BOR），对于提高直接硼氢化物燃料电池（DBFCs）的效率至关重要。在本研究中，制备了在室温下制备的、负载在多壁碳纳米管（MWCNTs）上的Au–X（Fe、Cu和Sn）纳米颗粒，并将其作为阳极电催化剂进行了评估。这些催化剂通过拉曼光谱、能量分散光谱（EDX）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子光谱（XPS）进行了全面表征。将双金属纳米颗粒引入MWCNTs显著提高了硼氢化物的电氧化活性，其中AuCu/MWCNT催化剂在所有测试的电催化剂中表现最为出色。AuCu/MWCNT催化剂的晶粒尺寸为14.3 nm，电化学活性表面积（ECSA）为2953.43 cm² mg^?1，最大电流密度为27.35 mA cm^?2，转化频率为0.06 s^?1，活化能为4.5 kJ mol^?1，并且具有最低的电荷转移电阻（61.5 Ω）。在303 K下进行的单电池DBFC测试中，AuCu/MWCNT催化剂实现了24.46 mW cm^?2的最大功率密度和36 mA cm^?2的电流密度。这些结果表明，AuCu/MWCNT具有优异的催化效率和经济效益，凸显了其作为下一代DBFC系统耐用电催化剂的潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。