IEA AFC Annex 35: Studie "Ag-MnxOy on Graphene Oxide Derivatives as Oxygen Reduction Reaction Catalyst in Alkaline Direct Ethanol Fuel Cells" (2022)
Bibliographische Daten
Sigrid Wolf, Michaela Roschger, Boštjan Genorio, Mitja Kolar, Daniel Garstenauer, Brigitte Bitschnau and Viktor HackerHerausgeber: MDPI, Catalysts 12, 780, 2022
Englisch, 18 Seiten
Inhaltsbeschreibung
Diese Studie beschäftigt sich mit der Hersellung und Chrakterisierung von Ag-MnxOy/C-Verbundkatalysatoren auf reduziertem Graphenoxid (rGO) und zum ersten Mal auch auf N-dotiertem Graphenoxid (NGO) durch eine einfache Synthesemethode. Der Einfluss des Kohlenstoffträgermaterials auf die Aktivität und Stabilität der Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) und auf die Toleranz gegenüber Ethanol im alkalischen Medium wurde gezielt untersucht.
Die physikalisch-chemischen Analysen haben gezeigt, dass das Trägermaterial keinen Einfluss auf die Ag-MnxOy-Kristallstruktur hat, dass aber die Morphologie der abgeschiedenen Partikel beeinflusst wird. Bei Ag-MnxOy/rGO und Ag-MnxOy/NGO waren MnO2 und sehr kleine oder amorphe Ag-Teilchen auf dem Kohlenstoff verteilt, während das MnO2 auf dem rGO in verzweigter oder faserförmiger Form und als Kugeln auf dem NGO vorliegt. Die Elementaranalyse ergab, dass beide Katalysatoren Mn- und Ag-Konzentrationen aufweisen, die den theoretisch berechneten sehr ähnlich sind, und dass C und O sowie eine geringe N-Menge nur für Ag-MnxOy/NGO nachgewiesen wurden.
Die elektrochemischen CV-Messungen der Ag-MnxOy/C-Katalysatoren zeigten unterschiedliche Redoxprozesse in Bezug auf Mn(II)/Mn(III) und Mn(III)/Mn(IV). Es wurde gezeigt, dass die Ablagerung von Ag-MnxOy auf rGO und NGO die ORR-Aktivität im Vergleich zu den puren Graphenderivaten erhöht. Die ORR-Aktivität und die Stabilität der Ag-MnxOy/C-Verbundwerkstoffe wurden durch unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften beeinflusst, die durch die Trägermaterialien verursacht wurden. Ag-MnxOy/rGO erreichte einen etwas negativeren Grenzstrom von 3,01 mA cm-2 als Ag-MnxOy/NGO (-2,85 mA cm-2), aber die Überspannung war mit etwa 0,9 V vs. RHE ähnlich. Die ORR verlief hauptsächlich über den direkten 4-Elektronen-Weg, unabhängig vom Trägermaterial. Ag-MnxOy/NGO zeigte eine höhere ORR-Stabilität, aber Ag-MnxOy/rGO war toleranter gegenüber Ethanolverunreinigungen.