view in publisher's site

Low-platinum catalyst based on sulfur doped graphene for methanol oxidation in alkaline media

Highlights•Low-platinum catalyst based on sulfur doped graphene (S-RGO-Pt) was prepared.•The catalyst was tested as anode material for methanol oxidation in alkaline media.•The S-RGO-Pt catalyst has outstanding electrocatalytic activity and stability.•Machine Learning algorithms were employed to evaluate the electrodes' surfaces.AbstractA novel two-step, low-temperature method was employed for the synthesis of a catalyst with small platinum content (2 wt%) based on sulfur doped reduced graphene oxide (S-RGO-Pt). Morphology and chemical composition of the hybrid material were investigated by several methods: X-ray powder diffraction (XRD), transmission and scanning electrode microscopy (TEM, SEM), elemental analysis, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy. The electrocatalytic performance of the prepared hybrid material was investigated in 1M CH3OH/1M NaOH using a modified glassy carbon electrode (GC_S-RGO-Pt). The results showed excellent electrocatalytic activity and stability toward methanol oxidation in alkaline media (50.4% activity retained after 500 cycles and 8.4% after 1000 cycles) compared to commercial platinum 10 wt% on carbon (Pt/C) material (8.09% activity retained after 500 cycles). The catalyst tolerance to CO poisoning intermediates was evaluated using CO stripping voltammetry and the ratio of forward and backward peak current density (If/Ib). The If/Ib ratio calculated for S-RGO-Pt is 15, while for Pt/C is 9.6, which clearly demonstrates that the prepared hybrid material is significantly more efficient than commercial Pt/C, even if the platinum content is only 2 wt%. The rotating disk electrode (RDE) technique was employed to study the kinetic aspects of methanol oxidation reaction in alkaline media. To follow the transformations occurred at the electrodes' surfaces after the electrochemical treatment, the Raman spectroscopy and Machine Learning (ML) algorithms were used; the results also indicated a greater stability of the S-RGO-Pt composite for Methanol oxidation reaction (MOR) in alkaline media.Graphical abstractThe hybrid material (S-RGO-Pt) has a wrinkled structure with an uniform distribution of the platinum nanoparticles and exhibits remarkable electrocatalytic performance both in terms of CO poisoning species tolerance and long-term stability.Download : Download high-res image (150KB)Download : Download full-size image

کاتالیزور کم پلاتین بر پایه گرافن دوپ شده با گوگرد برای اکسیداسیون متانول در محیط قلیایی

نکات برجسته: کاتالیست کم پلاتین براساس گرافن دوپ شده با گوگرد (S - RGO - Pt)تهیه شد. کاتالیزور به عنوان ماده آند برای اکسیداسیون متانول در محیط قلیایی مورد آزمایش قرار گرفت. کاتالیست S - RGO - Pt فعالیت الکتروکاتالیتیک و پایداری قابل‌توجهی دارد. الگوریتم های یادگیری ماشین برای ارزیابی سطوح الکترودها به کار گرفته شدند. واکنش سریع یک روش دو مرحله‌ای و دمای پایین جدید برای سنتز یک کاتالیزور با محتوی پلاتین کوچک (۲ % وزنی)براساس اکسید گرافن کاهش‌یافته با گوگرد (S - RGO - Pt)به کار گرفته شد. مورفولوژی و ترکیب شیمیایی ماده هیبریدی با چندین روش بررسی شد: پراش پودر اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترود اسکن و انتقال (TEM، SEM)، آنالیز عنصری، طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS)و طیف‌سنجی رامان. عملکرد الکتروکاتالیتیکی ماده هیبریدی آماده‌شده در NaOH ۱ M CH۳OH / ۱ M با استفاده از الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح‌شده (GC _ S - RGO - Pt)بررسی شد. نتایج فعالیت الکتروکاتالیتیکی عالی و پایداری نسبت به اکسیداسیون متانول در محیط قلیایی (۵۰.۴ % فعالیت پس از ۵۰۰ چرخه و ۸.۴ % پس از ۱۰۰۰ چرخه)در مقایسه با پلاتین تجاری ۱۰ % وزنی بر روی ماده کربن (Pt / C)(۸.۰۹ % فعالیت پس از ۵۰۰ چرخه)نشان داد. تحمل کاتالیزور به واسط‌های مسمومیت CO با استفاده از ولتامتری عاری سازی CO و نسبت چگالی جریان اوج رو به جلو و رو به عقب (اگر / Ib)ارزیابی شد. نسبت اگر / Ib محاسبه شده‌برای S - RGO - Pt ۱۵ است، در حالی که برای Pt / C ۹.۶ است، که به وضوح نشان می‌دهد که ماده هیبریدی آماده‌شده بسیار کارآمدتر از Pt / C تجاری است، حتی اگر محتوای پلاتین تنها ۲ درصد وزنی باشد. تکنیک الکترود دیسک چرخان (RDE)برای مطالعه جنبه‌های جنبشی واکنش اکسیداسیون متانول در محیط قلیایی به کار گرفته شد. برای دنبال کردن تحولات رخ داده در سطوح الکترودها پس از عملیات الکتروشیمیایی، از الگوریتم های طیف‌سنجی رامان و یادگیری ماشین (ML)استفاده شد؛ نتایج همچنین پایداری بیشتر کامپوزیت S - RGO - Pt را برای واکنش اکسیداسیون Mاتانول (MOR)در محیط قلیایی نشان داد.
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.