Onderzoekers van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen en de Nanjing Normal University rapporteerden onlangs een strategie om de elektrokatalytische prestatie van palladium (Pd) in de ethanoloxidatiereactie te verbeteren, de belangrijkste anodische reactie van directe ethanolbrandstofcellen (DEFC's), het aanbieden van een rationeel concept voor het fijn engineeren van het oppervlak van elektrokatalysatoren die worden gebruikt in hoogrenderende energieconversie-apparaten en daarbuiten.

De studie is gepubliceerd in Celrapporten Fysische Wetenschap op 1 maart.

DEFC's met ethanol als brandstof hebben het voordeel van een hoge energiedichtheid, lage toxiciteit en eenvoudige bediening. Echter, het gebrek aan actieve en robuuste elektrokatalysatoren voor anodische ethanoloxidatie belemmert het tempo van commercialisering.

Typisch, Au@Pd-nanodeeltjes met een kern-schaalconstructie hebben een hogere activiteit en stabiliteit tijdens elektro-oxidatie van ethanol dan Pd-deeltjes alleen. Helaas, de grotere roosterafstand van Au creëert trekspanning in dunne Pd-schalen, die hun katalytische werking in gevaar brengen door de absorptie van giftige reactietussenproducten op hun oppervlakken te versterken.

"Een rationeel ontwerp dat volledig profiteert van core-shell-architecturen en tegelijkertijd het roostertrekeffect in Pd-shells veroorzaakt door Au-kernen remt, zou zeker gunstig zijn voor het verder verbeteren van hun prestaties bij de elektro-oxidatie van ethanolmoleculen, " zei Prof. Yang Jun van IPE, de corresponderende auteur van de studie.

De onderzoekers demonstreerden dit concept door legeringseffecten te koppelen aan een kern-schaalconstructie om de oppervlakken van Pd-schalen te optimaliseren om een ​​zeer efficiënte elektro-oxidatie van ethanol te bereiken.

De wetenschappers legerden Fe-atomen in dunne Pd-schillen om hun roosteruitbreiding te compenseren. Elektrochemische evaluaties tonen aan dat de Au@FePd-nanodeeltjes in de kern die op deze manier zijn bereid, de hoogste massa-activiteit en specifieke activiteit vertonen voor het katalyseren van elektro-oxidatie van ethanol die ooit in een alkalisch medium is waargenomen.

"Volgende, we gaan een aantal parameters optimaliseren, bijv. de grootte van de kern, de dikte van de legering shell, en de samenstelling van overgangsmetalen in legeringsschalen, " zei prof. Yang. Op deze manier, de onderzoekers hopen meer elektrokatalysatoren te maken met een hogere efficiëntie en lagere kosten om de ontwikkeling van directe alcohol-brandstofcellen voort te stuwen.