Electrocatalytic Activity of Different Phases of Molybdenum Carbide/Carbon and Platinum–Molybdenum Carbide/Carbon Composites toward the Oxygen Reduction Reaction

Abstract

In the last few years, transition metal carbides have emerged as novel materials with promising catalytic properties toward important practical reactions. In this work, cubic and hexagonal molybdenum carbides are synthesized and evaluated as carbon‐supported catalysts and as support materials for Pt nanoparticles for the electrochemical oxygen reduction reaction (ORR). The catalysts are characterized by XRD, energy‐dispersive X‐ray spectroscopy, TEM, XPS, and cyclic voltammetry on stationary and rotating ring‐disk electrodes. The results suggest different reactivity of the molybdenum carbide phases as both catalysts and supports for the ORR. Enhanced mass and specific ORR activities at 0.9 V are calculated for Pt–molybdenum carbide‐derived composites compared to commercial Pt and Pt/C catalysts prepared by depositing Pt by the same method. The origin of the improved ORR activity is discussed in terms of the synergistic effect between Pt and the carbide‐derived support and a decrease in the adsorption strength of oxygen‐containing species on the Pt surface, similar to that proposed for Pt–metal alloys. Additionally, the possible formation of a Pt–Mo alloy on the catalyst surface is proposed.

Estudo da atividade eletrocatalá­tica de catalisadores à base de platina suportada em carbetos de metais de transição para a reação de redução de oxigênio em meio ácido

“…Fonte: GÓMEZ-MARÍN ; BOTT-NETO et al ChemElectroChem, v. 3, p. 1570, 2016. [65] Neste caso, uma situação de controle misto cinética/transporte de massa é atingida em cerca de 0,25 V a 400 rpm. A atividade mássica foi calculada em 1600 rpm e 0,255 V para δ-MoC/C e α-Mo2C/C, depois de subtrair as correntes dos voltamogramas medidos em soluções livres de O2, resultando em 0,4 e 6,2 mA mg -1 , respectivamente.…”

“…Fonte: GÓMEZ-MARÍN ; BOTT-NETO et al ChemElectroChem, v. 3, p. 1570, 2016. [65] Os gráficos Koutecky-Levich ( j -1 vs. ω -½ ) foram construidos para cada catalisador e as densidades de corrente cinética (jk) obtidas para os catalisadores…”

“…As propriedades químicas e físicas dos substratos -WC20/C e -WC40/C preparados pelo presente método foram discutidos anteriormente. [64,188] [64,65,80,164,192,193] Fonte: BOTT-NETO et al ChemElectroChem, v. 5, p. 1364, 2018. [189] Uma vez que a carga de Pt é a mesma para todos os catalisadores, a densidade de corrente em 0,9 V, i0,9V (μA cm -2 GEO), pode ser usada para comparar a atividade mássica da Pt inicial nos materiais, Tabela 12.…”

“…Fonte: GÓMEZ-MARÍN; BOTT-NETO et al ChemElectroChem, v. 3, p. 1570, 2016 [65]. Padrões de XRD para os catalisadores Pt/C, Pt-δ-MoC/C e Pt-α-Mo2C/C.…”

“…Nanopartículas de carbeto de tungstênio e de molibdênio com diferentes fases e suportadas em carbono foram sintetizadas por dois métodos. Os carbetos preparados pelo método de decomposição térmica fornecem nanopartículas com estrutura cúbica,[64,65] enquanto que o método de carburação térmica produz nanopartículas de carbeto com estrutura hexagonal [64,65]. Para sintetizar todos os suportes e catalisadores derivados de carbeto, o carbonoVulcan ® de procedência XC-72R foi submetido a tratamento térmico em forno tubular a 850 °C em atmosfera de argônio durante 5 horas para remover possíveis impurezas.…”