Pt-Cu/C and Pd Modified Pt-Cu/C electrocatalysts for the oxygen reduction reaction in direct methanol fuel cells

Abstract

Neste trabalho, foram preparados diferentes eletrocatalisadores de Pt-Cu e de Pt-Cu modificados com Pd, suportados em carbono por meio da redução química de precursores de Pt, Cu e Pd com borohidreto de sódio. A atividade eletrocatalítica frente à reação de redução de oxigênio foi estudada. A análise dos resultados de difração de raios X mostrou que há formação de liga. Com microscopia eletrônica de transmissão (TEM) foi observado que as nanopartículas metálicas estão bem distribuídas no suporte de carbono. Espectroscopia de absorção de raios X dispersiva (DXAS) foi empregada para compreender melhor as propriedades intrínsecas dos materiais. Os eletrocatalisadores foram caracterizados eletroquimicamente por voltametria cíclica em H 2 SO 4 0.5 mol L -1 e a atividade eletrocatalítica destes foi estudada por meio de experimentos em estado estacionário em células a combustível de metanol direto (DMFC). A introdução de Pd ocasionou um aumento da atividade dos catalisadores de Pt-Cu. O melhor desempenho da DMFC foi obtido usando como cátodo o catalisador da liga de Pt 50 Pd 40 Cu 10 /C tratado termicamente a 500 °C em atmosfera de H 2 /Ar.In this work, different carbon supported Pt-Cu catalysts and Pd modified Pt-Cu catalysts were prepared by chemical reduction of Pt, Cu and Pd precursors with sodium borohydride, and their electrocatalytic activity for the oxygen reduction reaction was studied. X-ray diffraction analysis indicated alloy formation. Transmission electron microscopy (TEM) showed that the metal nanoparticles are well-distributed on the carbon support. Dispersive X-ray absorption spectroscopy (DXAS) was used to achieve a better understanding of the intrinsic properties of the materials. The electrocatalysts were characterized electrochemically by cyclic voltammetry in 0.5 mol L -1 H 2 SO 4 and their electrochemical activity was studied with steady-state experiments in a direct methanol fuel cell (DMFC). The introduction of Pd led to an improvement of the catalytic activity of the Pt-Cu catalysts. The best performance in a DMFC was obtained using, as cathode, a Pt 50 Pd 40 Cu 10 /C alloy catalyst thermally treated at 500 o C in an H 2 /Ar atmosphere.

Oxygen reduction activity and methanol tolerance of carbon-supported PtV nanoparticles and the effects of heat treatment at low temperatures

“…A large number of studies of ORR was conducted on carbon-supported binary catalysts that combined Pt with 3d transition metals, such as PtNi [4][5][6], PtCo [6][7][8], PtFe [6,9,10], and PtCu [11][12][13]. In most cases, these Pt-based materials exhibited larger activities for the ORR than pure Pt [14], which has been interpreted in terms of more favorable Pt-Pt nearest-neighbor distance [15], changes in the Pt 5dband occupancy [16] and of a decrease in OH coverage promoted by the second metal [16] or by transition metal oxides [17].…”