Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Elektrokatalis Berbasis-Nano dan Perilaku Perakitan Elektroda Membran dalam Sel Bahan Bakar Gliserol Langsung Pasif

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis, mengkarakterisasi, dan mengamati aktivitas katalitik Pd1 Au1 didukung oleh katalis anoda karbon nanofiber (VGCNF) yang ditumbuhkan uap yang disiapkan melalui metode reduksi kimia. Pembentukan senyawa fase tunggal dikonfirmasi oleh difraksi sinar-X (XRD) dan analisis pemurnian Rietveld, yang menunjukkan puncak tunggal yang sesuai dengan bidang (111) dari struktur kristal kubik. Analisis lebih lanjut dilakukan dengan mikroskop emisi pemindaian emisi lapangan (FESEM), analisis sinar-X energi dispersif (EDX), pengukuran adsorpsi/desorpsi nitrogen, dan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS). Kinerja elektrokimia diperiksa dengan tes voltametri siklik. Kehadiran VGCNF mesopori sebagai pendukung memungkinkan penggunaan katalis logam dalam jumlah yang relatif kecil yang masih menghasilkan kerapatan arus yang sangat baik (66,33 mA cm −2 ). Selanjutnya, penilaian aktivitas kinetik nanokatalis menggunakan plot Tafel menunjukkan bahwa Pd1 Au1 /VGCNF memberikan efek elektrokatalitik yang kuat dalam reaksi oksidasi gliserol. Tantangan teknis terlihat dari fakta bahwa penerapan katalis anoda buatan sendiri ke sel bahan bakar gliserol pasif langsung menunjukkan kepadatan daya hanya 3,9 mW cm −2 . Untuk memahami kinerja rendah, pengamatan FESEM dari perakitan elektroda membran (MEA) dilakukan, memeriksa beberapa cacat morfologi yang memainkan peran penting dan mempengaruhi kinerja sel bahan bakar gliserol langsung.

Pengantar

Gliserol mungkin melebihi permintaan karena terbentuk sebagai produk sampingan dari produksi biodiesel [1]. Namun, sifat gliserol yang baik yaitu densitas energi tinggi dengan tiga gugus hidroksil, tidak beracun, dan tidak mudah terbakar membuatnya muncul sebagai bahan kimia yang layak untuk diubah menjadi produk bernilai tambah. Setelah pretreatment, misalnya, menggunakan elektrodialisis [2], gliserol dapat diaplikasikan sebagai bahan bakar untuk sel bahan bakar [3]. Sel bahan bakar adalah salah satu cara paling efisien untuk memanen energi dari oksidasi gliserol dengan berbagai jenis bahan anoda dan juga katalis.

Paladium mulai mendapat perhatian dan ketenaran di kalangan peneliti di seluruh dunia pada tahun 2010, ketika Richard Heck, Ei-ichi Negishi, dan Akira Suzuki menerima Hadiah Nobel sebagai pengakuan atas keberhasilan mereka dalam penemuan dan pengembangan pembentukan ikatan karbon-karbon yang dikatalisis paladium. ]. Studi mereka memiliki dampak yang signifikan di bidang katalisis. Selanjutnya menjadi sumber inspirasi bagi para peneliti untuk mengaplikasikan katalis logam paladium di berbagai bidang mulai dari bahan industri dan farmasi hingga pemanfaatan energi melalui sel bahan bakar. Palladium adalah salah satu logam dalam golongan platina. Sifat kimia yang mirip dengan platinum membuat paladium menjadi pasangan yang sangat tepat untuk menggantikan platinum yang lebih mahal [5, 6]. Palladium memiliki konfigurasi elektronik yang unik dengan 4d 10 5 0 konfigurasi elektronik keadaan dasar, menjadikannya satu-satunya logam transisi yang menggabungkan d . terisi orbital dengan batas kosong s orbit [7]. Sifat unik paladium tampaknya menunjukkan kemampuan paladium untuk mengkatalisis oksidasi olefin [8].

Namun, bila digunakan sendiri sebagai katalis, paladium (Pd) menunjukkan stabilitas yang kurang, serta tingkat deaktivasi dan deteriorasi yang tinggi [9, 10]. Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa campuran atau kombinasi logam Pd dan Au dapat digunakan dalam sejumlah aplikasi. Penambahan Au ke dalam Pd diyakini sangat meningkatkan aktivitas katalitik, stabilitas, dan selektivitas, serta memberikan ketahanan terhadap keracunan. Au memiliki keelektronegatifan yang lebih tinggi, sehingga muatan dipindahkan dari Pd ke Au, menjadikan Au sebagai promotor yang berperan mengisolasi situs monomer Pd, sehingga mencegah terjadinya adsorpsi CO dengan mendorong mekanisme reaksi lebih lanjut pada jalur lain. 11, 12]. Selanjutnya, paduan kedua logam ini menghasilkan keuntungan s dan p elektron dan hilangnya d elektron untuk Au, sedangkan Pd kehilangan s dan p elektron tetapi mendapatkan d elektron [13]. d -karakter jauh lebih penting daripada s , p -karakter untuk logam transisi seperti Pd dan Au, yang memungkinkan pembentukan ikatan kemisorpsi dan meningkatkan sifat katalitik.

Aktivitas elektrokatalitik struktur bimetalik Pd lebih baik daripada struktur monometalik, di mana keberadaan logam oksofilik menciptakan kecenderungan untuk membentuk oksida dengan hidrolisis atau abstraksi oksigen, seringkali dari senyawa organik yang membantu dalam oksidasi gliserol [14]. Mengacu pada teori elektrokatalisis bifungsional, elektrooksidasi alkohol primer (misalnya metanol, etanol, dan gliserol) menjadi CO2 dan R–COOH (atau \( {\mathrm{CO}}_3^{2-} \) dan R − COO dalam media alkali) membutuhkan aktivasi H2 O di bawah OH-adsorbed species (OHads) pada permukaan katalis. Dengan demikian, ia akan memberikan atom oksigen ekstra dan membantu dalam reaksi oksidasi alkohol yang lengkap, sesuai dengan reaksi kimia berikut yang terjadi dalam elektrolit basa:

$$ \mathrm{Pd}+\mathrm{RCH}2\mathrm{OH}\to \mathrm{Pd}-{\left(\mathrm{R}{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH}\ kanan)}_{\mathrm{ads}} $$ (1) $$ \mathrm{Pd}-{\left({\mathrm{RCH}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}\right)} _{\mathrm{ads}}+3{\mathrm{OH}}^{-}\to \mathrm{Pd}-{\left(\mathrm{RCO}\right)}_{\mathrm{ads}} +3\mathrm{H}2\mathrm{O}+3{\mathrm{e}}^{-} $$ (2) $$ \mathrm{Pd}-{\mathrm{OH}}^{-} \to \mathrm{Pd}-{\mathrm{OH}}_{\mathrm{ads}}^{-}+{\mathrm{e}}^{-} $$ (3) $$ \mathrm{Pd }-{\left(\mathrm{RCO}\right)}_{\mathrm{ads}}+\mathrm{Pd}-{\mathrm{OH}}_{\mathrm{ads}}^{-}\ ke \mathrm{Pd}-\left(\mathrm{RCO}\mathrm{OH}\right)+\mathrm{Pd}\ \mathrm{rds} $$ (4) $$ \mathrm{RCOOH}+\mathrm {OH}\ke {\mathrm{RCOO}}^{-}+\mathrm{H}2\mathrm{O} $$ (5)

Adsorpsi disosiatif cepat alkohol pada permukaan katalis dapat dikaitkan dengan Persamaan. (1) dan Persamaan. (2). Langkah penentu laju dalam Persamaan. (4) berarti bahwa reaksi oksidasi alkohol sangat tergantung pada cakupan spesies asil dan hidroksil yang teradsorpsi, RCOads dan OHads, pada permukaan nanokatalis, umumnya mengarah pada pembentukan asetat [15].

Paduan paladium dapat dikerjakan untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan tanpa mengurangi ketahanan korosi dari logam lain [16]. Katalis bimetalik Pd-Au adalah kopling yang baik dan katalis nanopartikel yang sangat aktif. Yan et.al [17] dan Hu et.al [11] mengamati bahwa nanopartikel Pd adalah katalis yang sangat aktif, tetapi tidak stabil, dan aktivitas katalitiknya menurun karena dekomposisi PdO. Zhang dkk. [18] melakukan studi menarik lainnya tentang penggabungan Pd ke dalam karbida, yang menghasilkan nilai arus puncak untuk Pd/Mo2 C 1000 mA mg −1 , nilai yang dua kali lebih besar dari Pd/C (498 mA mg −1 ); Hasil ini menunjukkan bahwa katalis paduan terbukti memberikan elektrokatalis yang stabil dan tahan keracunan yang baik untuk oksidasi gliserol dalam media alkali. Ferreira dkk. juga [19] melakukan penelitian tentang faktor pH dalam elektrooksidasi gliserol pada elektrodeposit paladium-rhodium dalam media alkali. Penulis menunjukkan bahwa permukaan paladium-rhodium menyajikan aktivitas katalitik yang sesuai terhadap elektrooksidasi gliserol dan menyarankan bahwa kehadiran rhodium membantu meningkatkan kemampuan paladium yang rendah untuk memutuskan ikatan C-C dalam media yang sangat basa. Rezaei dkk. [20] melaporkan bahwa elektroda baja tahan karat Pd/Cu/nanopori untuk oksidasi gliserol dengan adanya Cu menghasilkan peningkatan aktivitas elektrokatalitik dan stabilitas film Pd berpori untuk reaksi oksidasi gliserol. Studi menarik lainnya oleh Geraldes et al. [21] menunjukkan bahwa kombinasi tiga katalis logam PdAuSn/C tidak hanya mendorong aktivitas disosiatif molekul gliserol selama proses oksidasi tetapi juga menghasilkan daya tahan, stabilitas, dan kerapatan daya yang lebih tinggi.

Namun, ada perdebatan yang sedang berlangsung mengenai strategi terbaik untuk mengurangi penggunaan katalis logam. Dalam penelitian ini, bahan karbon, yaitu nanofiber karbon yang tumbuh dengan uap (VGCNF), telah diperkenalkan sebagai pendukung katalis untuk meminimalkan pemuatan PdAu untuk elektrooksidasi gliserol dalam aplikasi sel bahan bakar. Meskipun semakin banyak penelitian tentang paduan PdAu, tidak ada penelitian yang dilakukan untuk penggunaan VGCNF sebagai pendukung katalis. VGCNF telah digunakan sebagai pendukung katalis karena karakteristiknya yang beragam dari karbon yang sangat grafit dengan konduktivitas termal dan listrik yang sangat baik [22]. Selain itu, VGCNF dapat ditemukan dalam jumlah banyak dengan harga yang terjangkau [23]. Tujuan utama dari makalah ini adalah untuk mensintesis dan mengkarakterisasi Pd1 Au1 /VGCNF untuk berkontribusi pada area penelitian yang berkembang ini dengan mengeksplorasi pemanfaatan katalis buatan sendiri ini dalam sel bahan bakar gliserol langsung (DFGC).

Katalis disintesis dan kemudian diterapkan pada sel bahan bakar gliserol pasif langsung (DGFC). Katalis dalam elektroda DGFC memiliki fungsi penting dalam reaksi yang digunakan untuk menghasilkan listrik melalui konversi bahan bakar kimia menjadi energi listrik. Aplikasi Pd1 Au1 /VGCNF dalam DGFC pasif untuk memberi daya pada perangkat elektronik seluler watt rendah belum pernah dipelajari sebelumnya. Mode pasif dalam DGFC berarti bahan bakar disuplai dari reservoir ke kompartemen anoda tanpa pompa bahan bakar, sedangkan di sisi katoda, oksigen berdifusi secara pasif dari udara ambien [24]. DGFC dioperasikan dalam mode pasif, dan tidak ada perangkat tambahan yang digunakan untuk tujuan operasional. Laju aliran gliserol sulit dikendalikan, dan spesies antara selama oksidasi gliserol membatasi aktivitas katalis dan berkontribusi pada peluruhan katalis yang mengarah pada kinerja yang lebih rendah dari DMFC pasif dibandingkan dengan DMFC aktif.

Banyak tantangan yang harus dihadapi untuk komersialisasi sel bahan bakar pasif. Dalam banyak penelitian, katalis yang disintesis bekerja dengan baik dalam pengujian setengah sel melalui voltametri siklik. Namun, aplikasi selanjutnya dari katalis dalam sel bahan bakar pasif tidak menunjukkan kepadatan daya yang sangat menggembirakan. Oleh karena itu, studi ini juga akan membahas secara mendalam beberapa faktor seperti lapisan struktural katalis, masalah manufaktur MEA, dan stabilitas AEM yang berkontribusi terhadap rendahnya kinerja sel bahan bakar.

Bahan dan Metode

Bahan kimia

Semua garam logam prekursor dan reagen kimia seperti emas(III) klorida trihidrat (HAuCl4 ·3H2 O), paladium klorida (PdCl2 ), trisodium sitrat (Na3 Ct), natrium borohidrida (NaBH4 ), serat nano karbon yang tumbuh dengan uap (VGCNF), natrium hidroksida, gliserin, 2-propanol, dan larutan Nafion 5% berat dibeli dari Sigma-Aldrich (AS).

Instrumentasi

Untuk analisis fisik elektrokatalis, teknik seperti difraksi sinar-X (XRD), mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FESEM), spektroskopi sinar-X (EDX) dispersi energi, dan analisis luas permukaan oleh BET digunakan untuk memeriksa elektrokatalis. struktur, morfologi, komposisi unsur, ukuran kristal, dan porositas sampel. XRD digunakan untuk identifikasi fasa dalam bahan kristal. Alat yang digunakan dalam pekerjaan ini adalah difraktometer Bruker D8 Advance yang dilengkapi dengan sumber Cu Ka (λ = 1.54056 Å). Difraktogram direkam pada 2q dalam kisaran 20 hingga 90 ° , dengan ukuran langkah 0,05 dan waktu pemindaian 2 s per langkah. Persamaan Scherrer digunakan untuk menentukan ukuran partikel kristal dalam serbuk sebagai berikut:

$$ \beta =\frac{K\lambda}{L\cos \theta } $$

dimana λ adalah panjang gelombang sinar-X, θ adalah sudut pantul Bragg, dan \( K=2\sqrt{\left(\mathit{\ln}2\kanan)/}\kiri(\pi \kanan) \) adalah konstanta. Selanjutnya, analisis penyempurnaan Rietveld dari data difraksi serbuk sinar-X dilakukan menggunakan perangkat lunak PANalytical X'Pert HighScore [25]. Dalam analisis Rietveld, profil eksperimental dilengkapi dengan fungsi analitis pseudo-Voigt yang paling cocok [26]. Minimalkan perbedaan antara pola difraksi serbuk yang diamati dan yang disimulasikan dilakukan dengan menggunakan parameter indeks keandalan seperti residu R wp untuk pola sisa tertimbang, R exp untuk evaluasi kualitas data atau kesalahan yang diharapkan, dan goodness of fit (GOF) yang biasanya merangkum kualitas data dengan membandingkan R wp untuk R exp . Nilai GOF sama dengan 1 atau di bawah 4 berarti modelnya sebaik mungkin [27]. Keakuratan dan kualitas kecocokan yang dihitung dengan data difraksi eksperimental dapat ditentukan melalui semua parameter ini dan diberikan sebagai berikut:

$$ {R}_{\mathrm{wp}}=\left[\frac{\sum {w}_{\mathrm{i}}{\left({y}_{\mathrm{i}\mathrm{ o}-}{y}_{\mathrm{i}\mathrm{c}}\right)}^2}{\sum {w}_{\mathrm{i}}{y}_{\mathrm{i }\mathrm{o}}^2}\right] $$ (6) $$ {R}_{\mathrm{exp}}={\left[\frac{NP}{\sum {w}_{\ mathrm{i}-}{y}_{\mathrm{i}\mathrm{o}}}\right]}^{1/2} $$ (7) $$ \mathrm{GOF}={X}^ 2={\left[\frac{R_{\mathrm{wp}}}{R_{\mathrm{exp}}}\right]}^2 $$ (8)

dimana y i(o) adalah intensitas eksperimental, y i (kal) adalah intensitas yang dihitung, w i = (1/y i(o) ) adalah bobot pengamatan eksperimental, N adalah jumlah pengamatan eksperimental, dan P adalah jumlah parameter pas.

Informasi topografi dan unsur dari katalis berstruktur nano diperoleh dengan menggunakan mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan Gemini SEM 500 yang dilengkapi dengan spektrometer sinar-X dispersi energi yang dapat memberikan gambar tiga dimensi dan informasi tentang komposisi unsur sampel yang sedang dianalisis. Isoterm adsorpsi/desorpsi nitrogen digunakan untuk mengevaluasi sifat permukaan katalis serbuk yang disintesis Pd1 Au1 / VCGNF seperti luas permukaan Brunauer–Emmett–Teller (BET). Sedangkan distribusi ukuran pori dihitung dari cabang adsorpsi isoterm (untuk P/P0 > 0,35) menggunakan metode Barret–Joiner–Halenda (BJH).

Sintesis Katalis

Pendekatan yang digunakan untuk mensintesis elektrokatalis yang digunakan dalam penelitian ini didasarkan pada metode reduksi kimia [28]. Ini adalah metode paling sederhana yang memungkinkan pembentukan Pd1 Au1 paduan bimetalik didukung dengan nanofiber karbon tumbuh uap (VGCNF). Sintesis elektrokatalis dimulai dengan 2 ml PdCl2 (0,05 M) dicampur dengan 7 ml emas(III) klorida trihidrat (HAuCl4 ·3H2 O) (0,012 M). Campuran larutan ditambahkan tetes demi tetes ke dalam sejumlah trisodium sitrat (0,5 M).

Trisodium sitrat bertindak sebagai agen penstabil untuk mengontrol agregasi nanopartikel dengan menurunkan tegangan permukaan antara partikel padat dan pelarut [29]. Selanjutnya, larutan campuran di atas ditambahkan tetes demi tetes ke dalam bubur VGCNF yang diaduk (air isopropanol + DI) dan diaduk selama 3  jam. Reduksi prekursor logam dilakukan dengan menggunakan natrium borohidrida (NaBH4) dingin (0,5 M) yang baru disiapkan dalam jumlah berlebih. ), dan larutan diaduk semalaman. Waktu reaksi yang lebih lama akan memungkinkan natrium borohidrida dengan kemampuan reduksi yang kuat untuk bereaksi dengan produk. Rasio molar NaBH4 untuk ion logam adalah 5 sampai 15, yang memberikan dispersi katalis dan komposisi permukaan yang lebih baik dari Pd1 Au1 nanopartikel paduan bimetal. Solusinya disimpan di bawah pengadukan magnet semalaman, disaring dan dicuci dengan air DI beberapa kali untuk menghilangkan pelarut sepenuhnya, dan dikeringkan pada 80 °C selama 10 h.

Analisis Elektrokimia

Percobaan voltametri siklik dilakukan untuk analisis elektrokimia dari elektrokatalis. Pengukuran voltametri siklik dilakukan menggunakan stasiun kerja elektrokimia Autolab (PGSTAT101) pada suhu kamar. Tinta katalis dibuat dengan melarutkan 5 mg elektrokatalis dalam campuran 150 μl air suling, 150 μl isopropil alkohol, dan 50 μl 5 wt% Nafion®. Untuk memastikan campuran tercampur dengan baik, sampel menjalani ultrasonikasi selama 30 min. 2.5 μl alikuot tinta elektrokatalis diendapkan pada elektroda karbon kaca dengan menggunakan mikropipet dan kemudian dibiarkan kering pada suhu kamar. Elektroda referensi adalah Ag/AgCl (dalam 3 M KCl −1 ), dan elektroda lawan adalah Pt. Karakterisasi elektrokimia elektrokatalis dilakukan dengan uji voltametri siklik (CV) pada rentang potensial 0,7 V hingga 0,4 V dan pada laju pemindaian 50 mVs −1 dalam larutan NaOH 0,5 M gliserol + 0,5 M. Kedua larutan dideoksigenasi dengan menggelegak dengan N2 pada 200 ml menit −1 selama 30 menit sebelum melakukan pengukuran apa pun untuk reaksi oksidasi gliserol.

Spektroskopi Impedansi Elektrokimia (EIS)

EIS dari FC yang sedang berjalan dilakukan menggunakan penganalisis respons frekuensi (FRA) Solartron 1260, yang terhubung langsung ke beban elektronik (RBL488-50-150-800). EIS dilakukan dalam mode galvanostatik menggunakan sinyal AC dengan amplitudo 200 mA. Spektrum impedansi dikumpulkan dengan menyapu frekuensi antara 100 kHz dan 0,005 Hz. Amplitudo sinyal potensial sinusoidal adalah 10 mV. Setiap pemindaian berisi sekitar 100 titik data. Lima spektrum penuh untuk setiap nilai kerapatan arus diperoleh, dan spektrum impedansi yang akhirnya digunakan dalam diskusi adalah hasil dari prosedur rata-rata.

Persiapan Membran Pertukaran Anion yang Didoping Natrium

Perlakuan membran pertukaran anion (AEM) dilakukan dengan merendam AEM dalam larutan berair natrium hidroksida 1,0 M selama 1 jam. Proses ini diulang sebanyak tiga kali, dengan penggantian larutan NaOH dengan larutan NaOH yang baru untuk mendapatkan ion berlebih yang diinginkan.

Perakitan Elektroda Membran

Perakitan elektroda membran (MEA) memiliki area aktif 2,0 × 2,0 cm dan terdiri dari dua elektroda satu sisi dan membran pertukaran anion. Kain karbon Electrochem, Inc. (CC-060) digunakan sebagai lapisan substrat (DL) dari elektroda sel bahan bakar. Ini terutama karena porositasnya yang tinggi dan konduktivitas listrik yang baik. Lapisan mikropori yang terdiri dari bubuk karbon Vulcan XC72 dicampur dengan zat hidrofobik (20 wt% PTFE) dalam suspensi dalam isopropanol dan dengan hati-hati dilemparkan ke atas kain karbon untuk membentuk lapisan difusi gas untuk mendapatkan beban 3,5–4 mg cm −2 . Setelah kering, P1 Au1 /VGCNF katalis tinta dicampur dengan 15 wt% PTFE dalam isopropanol diendapkan pada GDL untuk mendapatkan elektroda anoda. Sedangkan Pt/C berfungsi sebagai katalis elektroda katoda yang mengandung larutan ionomer (Fumatech Fumion® FAA-3 ionomer) 5 wt% dalam isopropanol. Pemuatan katalis di anoda dan katoda adalah 1,0 mg cm −2 . Akhirnya, MEA dibentuk dengan mengapit membran antara dua elektroda melalui pengepresan panas pada tekanan 280 kg/cm 2 dan suhu 100 °C selama 3  menit.

Evaluasi Kinerja DGFC Alkali Pasif

Kinerja MEA dievaluasi melalui pengukuran kurva IV dengan menggunakan sel tunggal buatan sendiri menggunakan Autolab (PGSTAT101). Reservoir dengan volume 8 ml dipasang pada salah satu sisi pelat ujung anoda. Pengumpanan atau injeksi bahan bakar dilakukan melalui tiga lubang kecil di sisi atas pelat anoda. Sel dirakit secara horizontal dengan sisi anoda di atas dan katoda menghadap ke bawah ke udara sekitar. Baja tahan karat yang memiliki konduktivitas sangat baik diaplikasikan sebagai pengumpul karbon. MEA yang disiapkan terletak di antara dua pengumpul karbon. Kedua elektroda memiliki luas permukaan geometris 4 cm 2 . Akhirnya, delapan pasang mur dan baut stainless steel digunakan untuk menyatukan semua komponen untuk membentuk satu sel. Setiap pengukuran dimulai setelah aktivasi sel selama 2 jam. Tegangan sel dicatat setelah mengatur arus selama 3 menit untuk menstabilkan tegangan. DMFC pasif dioperasikan pada suhu sekitar.

Hasil dan Diskusi

Karakterisasi Fisik Elektrokatalis

Pola difraksi sinar-X untuk ketiga sampel elektrokatalis hasil sintesis yaitu Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VGCNF ditunjukkan pada Gambar. 1, sedangkan data analisis dikompilasi pada Tabel 1. Pola difraksi sinar-X dari elektrokatalis menunjukkan struktur kubik (gugus ruang Fm-3m) tanpa fase kedua. Puncak difraktogram pertama pada 26,0° dapat ditetapkan untuk karbon berstruktur grafit (002) dari bidang difraksi VGCNF mentah dari grafit heksagonal (file kartu JCPDS 41-1487) (Rajarao dan Bhat [30]). Setiap pola difraktogram yang dipamerkan memiliki empat puncak difraksi yang dapat diindeks ke difraksi dari bidang (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), dan (3 1 1) fcc.

Difraktogram dari berbagai elektrokatalis Pd1 Au1 /VGCNF, Pd/VGCNF, dan Au/VGCNF

Gambar 1 menunjukkan puncak difraksi sampel elektrokatalis Au/VGCNF pada sekitar 38,3 °C, 44,5 °C, 64,7 °C dan 77,7 °C dan dapat diindeks ke bidang kristalografi (1 1 1), (2 0 0), ( 2 2 0), dan (3 1 1), masing-masing, yang dapat diklasifikasikan sebagai Fm-3m (JCPDS No. 65-8601, a = b = c = 0.4072 nm). Gambar 1 menunjukkan pola difraksi sampel elektrokatalis Pd/VGCNF di sekitar nilai 2θ 40,12 °C, 46,66 °C, 68,12 °C, dan 82,10 °C yang sesuai dengan bidang-bidang berikut (1 1 1), (2 0 0) , (2 2 0), dan (3 1 1) (JCPDS No. 05-0681, a = b = c = 0.3889 nm). Pada Gambar. 1, untuk sampel bimetal PdAu, Pd dan Au tampak berbagi puncak difraksi tunggal yang menunjukkan bahwa telah terjadi pembentukan paduan homogen.

Nanopartikel PdAu tipikal yang didukung pada VGCNF pada dasarnya dibuat dengan reduksi bersama dari prekursor logam (yaitu, \( {\mathrm{AuCl}}_4^{-} \) dan \( {\mathrm{PdCl}}_4^{ 2-} \)) dengan adanya natrium borohidrida sebagai zat pereduksi. Gambar 2a–c menunjukkan gambar TEM khas elektrokatalis Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan PdAu/VGCNF. Terlihat bahwa morfologi nanopartikel Au, Pd, dan PdAu menunjukkan perilaku aglomerasi derajat sedang dengan distribusi homogen pada VGCNF. Pola struktur kristal dianalisis dengan analisis difraksi elektron area terpilih (SAED) (dimasukkan pada Gambar 2a–c) dan menunjukkan bahwa Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan PdAu/VGCNF biasanya adalah struktur polikristalin fcc. Gambar TEM (HRTEM) resolusi tinggi yang diamati pada Gambar. 2d, e menunjukkan jarak spasi 0,24 nm dan 0,22 nm yang sesuai dengan jarak interplanar dari bidang (111) untuk Au dan Pd, masing-masing. Gambar 2f mengungkapkan d -nilai spasi dari pinggiran kisi yang ditentukan dari daerah yang ditandai adalah 0,230 nm, sesuai dengan bidang (111) dari paduan PdAu kubik berpusat muka (fcc).

ac Gambar tipikal pola TEM dan SAED untuk Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VGCNF. df Gambar HRTEM untuk Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VGCNF elektrokatalis

Analisis luas permukaan dan porositas BET adalah alat yang efektif untuk evaluasi kemampuan Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VCGNF untuk bertindak sebagai adsorben. BET mengungkapkan jumlah bahan teradsorpsi (adsorbat) dan derajat adsorpsi ke permukaan adsorben pada padatan (adsorben) [31]. Luas permukaan BET dari Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VGCNF sampel dianalisis menggunakan isoterm adsorpsi/desorpsi nitrogen seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3a. Kurva isoterm mencerminkan bentuk isoterm dan akan memberikan penilaian kualitatif dari porositas bahan. Pada penelitian ini, bentuk isoterm yang diamati menunjukkan bahwa Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VCGNF ditemukan sebagai tipe IV (berdasarkan klasifikasi IUPAC) dan menunjukkan lereng yang curam pada kisaran tekanan relatif 0,83–0,99 P/P0 , yang merupakan ciri adanya material mesopori [32]. Bahan dengan struktur mesopori menunjukkan stabilitas morfologi yang baik dan katalis aktif karena peningkatan volume adsorpsi, sehingga meningkatkan aktivitas katalitik.

a N2 isoterm adsorpsi/desorpsi Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VGCNF. b Kurva distribusi ukuran pori Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VGCNF

Luas permukaan, volume pori, dan nilai diameter pori elektrokatalis disajikan pada Tabel 1. Dari tabel tersebut, VGCNF memiliki luas permukaan 30,56 m 2 /g, volume pori 0,415 cm 3 /g, dan diameter pori 7,0 nm. Kehadiran katalis logam (Au, Pd, dan PdAu) di atas dukungan katalis ditemukan untuk mengurangi luas permukaan, volume pori, dan diameter pori. Hal ini disebabkan logam katalis telah tercerai-berai dan memenuhi permukaan penyangga katalis. Bahkan setelah logam katalis tersebar pada VGCNF, loop histeresis tipe H1 (P/Po 0,83-0,99) menunjukkan struktur mesopori material tidak terpengaruh. Dapat disimpulkan bahwa logam katalis telah menyebar dengan baik pada permukaan VGCNF dan sesuai dengan gambar TEM yang menunjukkan bahwa logam katalis tersebar merata pada permukaan penyangga katalis.

Dilihat dari distribusi ukuran pori BJH Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VCGNF disajikan pada Gambar. 3a, ini menunjukkan diameter pori yang sempit atau diameter pori sekitar 4 nm (jari-jari pori), sedangkan rentang ukuran pori yang diamati di semua katalis terletak antara 2 dan 5 nm, yang menjadikan material sebagai penyerap yang unik menengah [31]. Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VGCNF elektrokatalis memiliki volume pori kecil dibandingkan dengan VGCNF, karena beberapa ruang berpori di dalam media pendukung diblokir dengan nanopartikel katalis logam atau reaksi kimia lainnya selama proses dekorasi nanopartikel dan akibatnya mengakibatkan penurunan volume pori. Namun, luas permukaan BET yang dilaporkan tidak mengacu pada seluruh luas permukaan elektrokatalitik. Oleh karena itu, analisis elektrokimia perlu dilakukan secara detail untuk mendapatkan luas permukaan aktif.

Analisis XPS dilakukan untuk menyelidiki C 1s , Hal 3d , dan Au 4f dalam sampel elektrokatalis Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan PdAu/VGCNF. Spektrum puncak resolusi tinggi dari C 1s puncak ditunjukkan pada Gambar. 4a; Empat komponen yaitu 284,6 eV (C-C), 285.4 eV (C-O-C), 286,6 eV (C-OH), dan 287,8 eV (C = O), dapat diamati yang menentukan struktur kimia VGCNF dalam sampel elektrokatalis. XPS digunakan untuk mengkarakterisasi kimia, keadaan elektronik, dan komposisi permukaan Au/VGCNF, Pd/VGCNF, dan PdAu/VGCNF. Tabel 2 menunjukkan persentase berat dan energi ikat untuk Pd/VGCNF, Au/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VGCNF. Gambar 4b menggambarkan Au 4f regional regional spektrum Au/C dan PdAu/C. Di Au 4f spektrum Au/VGCNF, puncak ganda mengandung pita energi rendah (Au 4f 7/2 ) dan pita energi tinggi (Au 4f 5/2 ) pada 84.1 dan 87.7 eV, yang mengkonfirmasi pengurangan \( {\mathrm{AuCl}}_4^{2-} \) menjadi Au 0 . Pada Gambar 4c untuk Pd/VGCNF, puncaknya terletak di 335.4(Pd 3d 5/2 ) dan 340,7 eV (Pd 3d 3/2 ) dikaitkan dengan Pd 3d yang mengkonfirmasi pengurangan \( {\mathrm{PdCl}}_4^{2-} \) menjadi Pd 0 . Sedangkan untuk bimetal PdAu/VGCNF dapat diamati bahwa kedua energi ikat Au 4f dan Pd 3d sedikit menyimpang ke sudut yang lebih rendah dibandingkan dengan Au/VGCNF dan Pd/VGCNF. Pergeseran energi ikat memberikan pembenaran yang kuat dari transfer elektron dari Pd ke Au, yang mungkin dapat dikaitkan dengan interaksi elektronik yang terganggu antara orbit atom Pd dan Au dan selanjutnya memverifikasi pembentukan struktur nano paduan. Jumlah Pd dan Au dapat ditentukan melalui intensitas puncak dan menunjukkan bahwa rasio Pd terhadap Au adalah 79:21, jauh lebih tinggi dari nilai yang dihitung (50:50). Ini berarti atom Pd diperkaya di bagian luar permukaan katalis. Hal ini terjadi karena perbedaan laju reduksi Au(III) dan Pd(II). Dapat diasumsikan bahwa inti Au terbentuk lebih dulu, diikuti dengan penambahan atom Pd ke inti, dan mengarah pada pembentukan struktur nano paduan dengan permukaan yang diperkaya Pd. Pengamatan ini menegaskan keberadaan logam Pd dan Au di permukaan luar Pd1 Au1 /sampel nanokatalis VCGNF.

Spektrum XPS resolusi tinggi dari Pd/VGCNF, Au/VGCNF, dan Pd1 Au1 /VGCNF. a Hal 4f 5/2 dan Pd 4f 7/2 . b Au 4f 5/2 dan Au 4f 7/2 dan c C 1s

Analisis Elektrokimia untuk Oksidasi Gliserol dalam Larutan Basa

Pemindaian CV katalis dilakukan setelah pemuatan katalis pada elektroda karbon kaca selama kurang lebih 24 jam. Waktu pembebanan secara tidak langsung mempengaruhi rapat arus dan potensial puncak (Ep). Dengan bertambahnya waktu pemuatan, lebih banyak waktu yang dibutuhkan untuk jumlah total hidrogen yang berevolusi dari sampel. Kepadatan arus sangat meningkat dari potensi awal yang terkait dengan desorpsi hidrogen. The typical cyclic voltammetry curve in basic solution is generally used for the determination of hydrogen and oxygen adsorption on Pd/VGCNF, Au/VGCNF, and Pd1 Au1 /VGCNF in 0.5 M NaOH solution as depicted in Fig. 5. Region A in the potential range from − 0.8 to − 0.5 V can be assigned solely to adsorption and desorption of the H + ion on electrocatalyst surface area. However, the adsorption and desorption peaks cannot be clearly distinguished. This is possibly caused by the blocking of certain electrocatalyst active sites upon the incorporation of the second metal [33]. In region B, in the intermediate potential between − 0.4 V and − 0.2 V, the catalyst behaves as an ideally polarizable catalyst (double layer region) where the surface has free-adsorbed H + dan OH . Meanwhile, the formation of oxides occurs in the forward scan at the higher potential more than − 0.2 V between 0.1 and 0.3 V. The oxide reduction peak at − 0.34 V is also observed during the reverse scan in region C [33]. Meanwhile, Au/VGCNF electrocatalyst shows a slightly different voltammetry standard curve, where region A is the large capacitive current associated with the double layer region and is a typical electrochemical behavior of the Au catalyst followed by area B where the absorption of hydroxyl OH species and oxide formation is at higher potential above − 0.2 V vs Ag/AgCl, while area C is observed as a reduction region of Au oxides.

Cyclic voltammogram for Pd/VGCNF, Au/VGCNF, and Pd1 Au1 /VGCNF in 0.5 M glycerol

Figure 6 shows the anodic peak current density for Au/VGCNF, Pd/VGCNF, and Pd1 Au1 /VGCNF electrocatalysts for the oxidation of glycerol in alkaline medium. The performance in cyclic voltammetry curve of the prepared electrocatalysts towards the oxidation of the glycerol is seen in terms of four parameters:(1) onset oxidation potential, (2) forward anodic peak potential, (3) forward anodic peak current, and (4) CO tolerance as can be seen in Table 1 are investigated. The oxidation peak in forward scan can be attributed to the oxidation of freshly chemisorbed species from glycerol adsorption, and the oxidation peak in negative scan means the removal of carbonaceous species incompletely oxidized the forward scan. As a result, the ratio of the forward current density peak (I f ) to the backward current density peak (I b ) reflects the tolerance ability to carbonaceous species accumulation. A high ratio I f /Aku b indicates efficient oxidation of glycerol during the forward scan and little accumulation of carbonaceous residues. In terms of peak current density, Pd1 Au1 /VGCNF provided the best performance compared to Pd/VGCNF and Au/VGCNF. Besides that, Pd1 Au1 /VGCNF also shows the lowest onset potential (− 0.75 V vs.> − 0.60 for glycerol). The worst results were obtained with methanol, especially in terms of current density and oxidation overpotential. After a detailed perusal of the literature and estimating that the metal catalyst loading is very low (0.1 mg cm −2 ), one may readily realize that Pd1 Au1 /VGCNF can be classified among the most active electrocatalysts ever reported for the oxidation of glycerol in half-cells. The current density for glycerol oxidation with electrocatalysts Pd/C, Pt/C, and Au/C is significantly higher compared to Zhang et al. [26] due to higher catalyst loading and temperature dependence.

Cyclic voltammogram for Pd/VGCNF, Au/VGCNF, and PdAu/VGCNF in 0.5 M glycerol + 0.5 M NaOH

In Table 3, it exhibits that the bimetallic PdAu/VGCNF has high electrocatalytic activity towards the glycerol oxidation with respect to monometallic electrocatalyst. The presence of a second metal which is Au leads to a slight increase of the activity between 0.45 and 0.7 V versus Ag/AgCl, as higher current densities are achieved. Looking at CV curve (Fig. 6) recorded at Pd/VGCNF and Au/VGCNF electrocatalysts, both materials presented almost the same onset potential for the glycerol oxidation close to − 0.4 V vs Ag/AgCl. The onset potential for PdAu/VGCNF shifted towards a lower value due to the bifunctional mechanism which gives the catalytic improvement. In agreement with the bifunctional mechanism, Au is an oxyphilic material which has oxygen adsorbing character which promotes the chemisorbed species and assists the electrooxidation of glycerol leading to the decrease of the onset potential of glycerol electrooxidation and enhanced catalytic activity [34]. Besides that, bimetallic electrocatalysts PdAu/VGCNF also examined excellent CO tolerance, when the ratio I f /Aku b is superior than others, which reveals the higher catalytic efficiency for direct oxidation during the forward scan.

Tafel Analysis

Figure 7a–c shows a Tafel plot of all the electrocatalysts tested in the reaction of the glycerol oxidation. Each Tafel plot shows two linear areas with an increase in Tafel slope. The Tafel slope is one of the kinetic parameters associated with the determination of a reaction that occurs on the surface of the electrode. At low oxidation potential (Ev ), the Tafel slope is low which indicates the kinetic transfer charge is fast during the reaction of the glycerol oxidation. At higher oxidation potential (Ev ), the value of the second Tafel slope is greater which indicates that the electrocatalytic reaction mechanism changes. The change in Tafel slope can be attributed to the kinetic rate of the charge transfer in the reaction decrease due to the presence of intermediate species which can poison the surface of the electrocatalysts (Kang et al. [35]).

Tafel slope for Au/VGCNF, Pd/VGCNF, and Pd1 Au1 /VGCNF electrocatalysts in solution (0.5 M NaOH + 0.5 M Glycerol) at scanning rate 50 mVs − 1

Table 4 lists the values of Tafel slope obtained on low and high potential oxidation. The Tafel slope for Pd1 Au1 /VGCNF electrocatalyst is lower than Pd/VGCNF and Au/VGCNF indicating that the charge transfer kinetic on bimetallic electrocatalyst is faster than single metal electrocatalyst for the glycerol oxidation reaction. Once the potential oxidation (Ev ) is increased, the Tafel slope also increased from low to high. This indicates that the reaction mechanism of the glycerol oxidation changes over the first one. Similar to the phenomenon occurring in other alcohol oxidation such as methanol [36] and ethanol [37], the maximum mass transfer of glycerol occurs in high potential oxidation (Ev ) which makes the hydroxyl adsorption and formed the oxide layer at electrocatalysts surface.

Performance of Au/VGCNF, Pd/VGCNF, and PdAu/VGCNF in Direct Glycerol Fuel Cell

Electrochemical I-V Characterization

Reliability of any synthesized electrocatalyst can generally be defined as the probability of the electrocatalyst to carry out its desired activity, which in this study is the catalysis for direct glycerol fuel cell applications. Although the electrocatalyst was analyzed earlier using a half-cell and showed good performance, the application of the electrocatalyst in direct glycerol fuel cells does not show outstanding performance. Figure 8 illustrates the cell polarization and power density curves of DGFC with FAA-3 (FuMA-Tech) membrane which show the passive DGFC single cell test results for Au/VGCNF, Pd/VGCNF, and Pd1 Au1 /VGCNF. From the DGFC performance test, results clearly show that the OCV and power density of Pd1 Au1 /VGCNF are higher compared to Pd/VGCNF and Au/VGCNF electrocatalysts. Table 5 lists the performance of all electrocatalysts in DGFC application in this study. In terms of electrocatalysts prices, roughly the price for Pd1 Au1 /VGCNF is USD 0.26/mg cheaper than the price for black Pd commercial which is USD 0.41/mg.

Polarization and power density curves for direct glycerol fuel cell (DGFCs) using PdAu/VGCNF at 25  ° C

Passive-performance alkaline fuel cell may not be able to challenge the performance of the active fuel cell. One of the main problems for the passive alkaline fuel cell is related to the liquid electrolyte such as NaOH or KOH. This is due to the very spontaneous reaction with the NaOH electrolyte solution which is very sensitive to the presence of CO2 from the air [38]. The use of air instead of oxygen will expose the hydroxyl ions to CO2 contained in the air and will lead to the formation of Na2 CO3 or K2 CO3. The presence of carbonates will indirectly reduce the amount of OH ions in the anode and thereby reduce the ionic conductivity [39]. Too much carbonate will block the pores of the gas diffusion layer and can severely degrade the performance of the single cell [31,32,33] .

Electrochemical Impedance Spectroscopy

The performance of the direct glycerol fuel cell assessed by polarization curves does not reflect and give enough information about the condition of the inner component. Thus, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) has to be carried out together with polarization curve measurements to evaluate the overall kinetic performance such as distinguishing the influences (voltage drop caused by charger transfer, membrane or mass transfer resistance) of the different processes (kinetic, ohmic, or mass transport dominated) in the whole electronic system [40]. Figure 9a–c shows the Nyquist plots which are one typical curve of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) for three different types of electrocatalysts. Generally, the diameter of the semicircle arc is to measure the charge–transfer resistance for glycerol oxidation reactions. Apparently, the DIA in Fig. 9 showed the order as follows:Au/VGCNF > Pd/VGCNF > PdAu/VGCNF. This suggests that PdAu/VGCNF has the greatest charge transport performance, which was consistent with the abovementioned outstandingly excellent electrochemical catalytic activity. Besides that the equivalent circuit which was fit to EIS spectra shown in Fig. 9d in which Rs represents the solution resistance and Rct represents the charge–transfer resistance for the process of glycerol electrocatalytic oxidation. Overall, the Rct value for PdAu/VGCNF is much smaller compared to other electrocatalyst which reveals that the electron transfer for glycerol oxidation on PdAu/VGCNF is much easier, which could enhance the electrocatalytic activity of the electrocatalyst for glycerol oxidation.

Nyquist plots of electrochemistry impedance spectra for glycerol oxidation reaction of a Au/VGCNF, b Pd/VGCNF, c PdAu/VGCNF, and d circuit.

Since there is no difference in the MEA and cell assembly between the two cells, the lower resistance of PdAu/VGCNF cell can be attributed to the catalyst layer. In the PdAu/VGCNF-coated layer, small catalyst particle size can allow sufficient humidifying water to be held in the electrode and the uniform particle distribution can prevent the agglomeration effect, which may lead to the increasing boundary resistance. Furthermore, the small particle and uniform distribution can decrease the migration path of ions, which can further reduce the distributed resistance. The high-frequency EIS results provide the information that in the real fuel cell operation, the smaller cathode catalyst particle size will not only facilitate the ORR kinetics, but also reduce the performance loss that is due to the ohmic and contact resistances.

MEA Morphology Analysis

Basically, the low performance of the fuel cell may be due to the inherent properties of the materials used in fuel cell construction, defects in the materials, and the assembly process of the fuel cell. Below, we further discuss the potential effects that give rise to the lower performance of direct glycerol fuel cell.

Microporous Layer (MPL) Cracking

To justify the low performance of direct glycerol fuel cell, the morphology of some MEA were evaluated by SEM after the performance evaluation in the fuel cell. Figure 10a shows the typical SEM surface image for the microporous layer (MPL) consisting of the carbon black layer and the catalyst layer. Cracks were observed on the catalyst surface. The formation of wrinkles and cracks that occur in the MPL is likely due to a chemical reaction that cannot be controlled during the operation of single cell. This reaction probably causes dimensional changes in the polymer electrolyte membrane such as volume expansion and contraction that occur due to the hydrothermal stresses during the fuel cell operation [41]. Catalyst drying process occurs irregularly, causing cracks in the catalyst layer [42]. The fuel cell still can be operated in the presence of catalyst cracking. However, this indirectly degrades the fuel cell performance.

a Delamination. b MPL cracking. c Catalyst agglomeration

Delamination

The SEM image presented in Fig. 10b clearly shows an obvious gap between the membrane and the electrodes after the operation of the direct glycerol fuel cell. This could be caused by the thermal expansion mismatch between the membrane and electrodes occurring during the operation of the fuel cell. In addition, this may also occur during the manufacturing process of the MEA such as owing to a too high temperature used during the catalyst layer drying process, which may form a vapor which will be trapped and thereby create an area where the adhesion between the two layers is poor [43]. Nevertheless, the electrolyte in the catalyst ink is expected to act as a binder during the lamination process. However, this may not occur in practice because the manual catalyst casting will lead to wrinkles on the electrode resulting in the existence of voids between the layers and subsequent degradation in the performance. Another reason for the gap in the interface may be the fact that mechanical hot pressing is difficult to ensure a fully intimate membrane–electrode interface. This is another factor which affects the fuel cell performance. This condition will increase the contact resistance and will require a longer time for the proton to travel to the catalyst sites and the existence of dead zone can occur which indirectly led to the loss of catalyst activity.

Orientation of Catalyst Layer

The catalyst layer was cast by manual casting. This method is difficult to control, and it has the potential to cause the agglomeration of undispersed catalyst powder [44, 45]. Figure 10c shows the areas corresponding to the agglomeration of nanoparticles on the MPL layer. This can create contact resistance over the entire MEA and therefore adversely impact the porosity or proton conductivity.

AEM Stability

The anion exchange membrane (AEM) shows some technological and scientific limitation. AEM suffers from a poor chemical stability in alkaline media arising from the hydroxide attack on the cationic group and resulting in the decreased anionic conductivity [46]. The AEM with OH ion is less stable because AEM is easily converted to the less conductive \( {\mathrm{CO}}_3^{2-} \) and even less conductive \( {\mathrm{HCO}}_3^{-} \) forms when exposed to air even for short time. Figure 10d, e shows the comparison between before and after the treatment with alkali, indicating that AEM faced the problem of high swelling with the increased hydration [47]. This is a challenge in the handling of AEM. AEM is used to overcome the Nafion membrane degradation problem. However, AEM has a tendency to be hydrocarbon or aromatic based which gives rise to poor oxidation stabilities [41].

Conclusion

The palladium-based electrocatalysts supported with VGCNF was synthesized and characterized in this work as effective electrocatalysts for the electrooxidation in the alkaline environment of glycerol as renewable resources. The well-dispersed Au, Pd, and Pd1 Au1 verified by XRD, TEM, and HTREM on VGCNF help to reduce the precious metal loading and served as a high reaction zone. The oxidation of glycerol has been primarily investigated by a variety of electrochemical techniques. The results obtained have highlighted the excellent electrocatalytic activity of bimetallic electrocatalyst which is PdAu/VGCNF as high as 74.45 mA cm −2 followed by Au/VGCNF and Pd/VGCNF. The high electrocatalytic activity of Pd1 Au1 /VGCNF could be related to the high dispersion of the metal particles and to the intrinsic properties of the VGCNF. In addition, the performance of passive DGFC applying MEA with the synthesized Pd1 Au1 /VGCNF was evaluated. The peak power density of the passive DMAFC was 3.9 mW cm −2 , for glycerol concentration of 2.0 M and NaOH concentration of 5.0 M. The EIS showed that PdAu/VGCNF shows smaller arc which indicates a smaller kinetic resistance in comparison with two other electrocatalysts. The extensive evaluation of single cell manufacturing indicates that power output performance is also affected by GDL morphological defects, MEA manufacturing, and AEM stabilities. Therefore, it is apparent that more research on alkaline fuel cell is needed to address the problem relevant for improving the reliability during the long-term operation of DMFCs.

Singkatan

AEM:

Anion exchange membrane

Au:

Aurum

BET:

Brunauer, Emmett, and Teller

CV:

Voltametri siklik

EDX:

Sinar-X dispersi energi

FESEM:

Mikroskop elektron pemindaian emisi medan

HAuCl4 ·3H2 O:

Gold(III) chloride trihydrate

MPL:

Microporous layer

N2 :

Nitrogen

Pd:

Paladium

PdCl2 :

Palladium chloride

PTFE:

Politetrafluoroetilen

VGCNF:

Vapor-grown carbon nanofiber

XPS:

Spektroskopi fotoelektron sinar-X

XRD:

difraksi sinar-X


bahan nano

  1. Apa Itu Mesin Injeksi Langsung?
  2. Analisis Aktin dan Organisasi Adhesi Fokus dalam Sel U2OS pada Struktur Nano Polimer
  3. Studi In Vitro Pengaruh Nanopartikel Au pada Garis Sel HT29 dan SPEV
  4. Pengaruh Elektroda ITO Oblique-Angle Sputtered pada Struktur Sel Surya Perovskit MAPbI3
  5. Fabrikasi dan Karakterisasi Dukungan Katalis Anodik Karbon Tio2 Komposit Baru untuk Sel Bahan Bakar Metanol Langsung melalui Metode Electrospinning
  6. Peningkatan kinerja katalis PdAu/VGCNF anodik baru untuk elektro-oksidasi dalam sel bahan bakar gliserol
  7. Graphene/Polyaniline Aerogel dengan Superelastisitas dan Kapasitansi Tinggi sebagai Elektroda Superkapasitor Toleran Kompresi
  8. Dukungan Katalis Anodik Baru untuk Sel Bahan Bakar Metanol Langsung:Karakterisasi dan Performa Sel Tunggal
  9. Fluorescent Neoglycoprotein Gold Nanoclusters:Sintesis dan Aplikasi dalam Penginderaan Lectin Tumbuhan dan Pencitraan Sel
  10. Perbedaan antara injeksi bahan bakar dan karburator