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17.05.2021 | Chemical routes to materials | Ausgabe 23/2021

Journal of Materials Science 23/2021

Highly active PtCo nanoparticles on hierarchically ordered mesoporous carbon support for polymer electrolyte membrane fuel cells

Zeitschrift:
Journal of Materials Science > Ausgabe 23/2021
Autoren:
Yi Yang, Zhida Wang, Yilang Mai, Changqing Guo, Yan Shi, Hongyi Tan, Zhuoxin Lu, Lisha Shen, Changfeng Yan
Wichtige Hinweise
Handling Editor: Christopher Blanford.

Supplementary Information

The online version contains supplementary material available at https://​doi.​org/​10.​1007/​s10853-021-06159-8.

Publisher's Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Abstract

In this work, PtCo nanoparticles (NPs) on hierarchically ordered mesoporous carbon (PtCo/OMC) are synthesized for polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) aiming to improve the activity and durability of the Pt-based catalyst towards oxygen reduction reaction (ORR). Specifically, the OMC is prepared through a solvent evaporation-induced self-assembly (EISA) method by using a triblock copolymer PEO-PPO-PEO as the structure agent, followed by annealing in the nitrogen atmosphere to decompose the structure agent and to carbonize the carbon precursor. PtCo nanoparticles (NPs) are fabricated with an average diameter of 3.3 nm by H2 reduction and galvanic replacement in an acid solution, and then are uniformly dispersed onto the OMC via impregnation. The typical mesoporous structure of the OMC enhances the uniformly distribution and thermal stability of the small-sized PtCo NPs. The activity and the durability of the as-prepared PtCo/OMC catalyst are investigated by cyclic voltammetry (CV) and single-cell test. In the electrochemical tests, PtCo/OMC exhibits a high ECSA value of 88.56 m2g−1, and a ECSA retention of 77.5% after 5000 CV cycles. The results show that the PtCo/OMC catalyst is more active and more stable than the commercial-carbon-supported PtCo catalyst (PtCo/XC-72).

Graphical abstract

PtCo nanoparticles (NPs) on hierarchically ordered mesoporous carbon (PtCo/OMC) are synthesized aiming to improve the activity and stability of the Pt-based catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR). Due to the natural mesoporous and graphite-carbon nanostructure of the OMC, the as-prepared PtCo/OMC catalyst is more active and more stable than the PtCo NPs on the commercial Vulcan@ XC-72 support (PtCo/XC-72), showing great potential in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs).

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