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Poly[2,2 '-(4,4 '-bipyridine)-5,5 '-bibenzimidazole] functionalization of carbon black for improving the oxidation stability and oxygen reduction reaction of fuel cells

机译：聚[2,2' - （4,4'-biPyridine）-5,5'-bibenzimidazle]炭黑的官能化，用于提高燃料电池的氧化稳定性和氧还原反应

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摘要

The rapid oxidation of carbon black (CB) is a major drawback for its use as a catalyst support in polymer electrolyte fuel cells. Here, we synthesize poly[2,2 '-(4,4 '-bipyridine)-5,5 '-bibenzimidazole] (BiPyPBI) as a conducting polymer and use it to functionalize the surface of CB and homogenously anchor platinum metal nanoparticles (Pt-NPs) on a CB surface. The as-prepared materials were confirmed by different spectroscopic techniques, including nuclear magnetic resonance spectroscopy, energy-dispersive X-ray, thermal gravimetric analysis, and scanning-transmittance microscopy. The as-fabricated polymer-based CB catalyst showed an electrochemical surface area (ECSA) of 63.1 cm(2)mg(Pt)(-1), giving a catalyst utilization efficiency of 74.3%. Notably, the BiPyPBI-based CB catalyst exhibited remarkable catalytic activity towards oxygen reduction reactions. The onset potential and the diffusion-limiting current density reached 0.66 V and 5.35 mA cm(-2), respectively. Furthermore, oxidation stability testing showed a loss of only 16% of Pt-ECSA for BiPyPBI-based CB compared to a 36% loss of Pt-ECSA for commercial Pt/CB after 5000 potential cycles. These improvements were related to the synergetic effect between the nitrogen-rich BiPyPBI polymer, which promoted the catalytic activity through the structural nitrogen atoms, and demolished the degradation of CBviathe wrapping process.
机译：炭黑（CB）的快速氧化为它的在聚合物电解质燃料电池的催化剂载体使用的主要缺点。在这里，我们合成聚[2,2“ - （4,4”联吡啶）-5,5-“-bibenzimidazole]（BiPyPBI），其为导电性高分子，并使用它来官能CB的表面和均匀锚铂金属纳米粒子（的Pt-NPS）上的CB表面。所制备的材料是由不同的光谱技术，包括核磁共振光谱法，能量色散X射线，热重分析和扫描透射显微镜证实。将如此制造的聚合物基的CB催化剂显示出63.1厘米（2）毫克（Pt）的电化学表面积（ECSA）（ - 1），得到74.3％的催化剂的利用效率。值得注意的是，所述基于BiPyPBI-CB催化剂表现出对氧的还原反应显着的催化活性。的开始电位和扩散限制电流密度达到0.66 V和分别5.35毫安厘米（-2），。此外，氧化稳定性测试表明相比后5000个电势循环的Pt-ECSA的36％的损失为商业的Pt / CB的只有16％的Pt-ECSA的用于基于BiPyPBI-CB的损失。这些改进均与富氮BiPyPBI聚合物，促进催化活性通过结构的氮原子，并拆除CBviathe包裹工艺的退化之间的协同效应。

著录项

  • 来源
    《RSC Advances》 |2020年第51期|共9页
  • 作者

    Berber Mohamed R.; Mustafa Mohamad Y.;

  • 作者单位

    Jouf Univ Coll Sci Chem Dept Sakaka 2014 Saudi Arabia;

    Arctic Univ Norway Fac Engn Sci &

    Technol Inst Bldg Energy &

    Mat Technol Tromso Norway;

  • 收录信息
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  • 正文语种 eng
  • 中图分类 化学;
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