Graphene–CeO2 hybrid was prepared and used as the support of Pt nanoparticles for direct methanol fuel cell (DMFC). The structure and morphology were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS); electrocatalytic properties of the catalysts were investigated by cyclic voltammetry (CV), linear sweep voltammetry (LSV) and chronoamperometry (CA). The experimental results showed that the electrocatalytic activities for methanol oxidation and oxygen reduction on this catalyst were greatly improved due to the strong interaction between Pt and CeO2. Especially, the Pt–CeO2 catalyst with the CeO2 content of 7 wt.% showed the best electrocatalytic performances for methanol oxidation and oxygen reduction. It can be concluded that the graphene–CeO2 hybrid could be used as a potential and effective support for fuel cell application

چکیده

هیبرید گرافن- CeO2 تهیه شد و به عنوان بستر نانوذرات پلاتین برای پیل سوختی مستقیم متانول (DMFC) استفاده گردید. ساختار و مورفولوژی توسط پراش اشعه X (XRD)  ، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و طیف ستنجی فوتوالکترون (XPS) مشخص شد; خواص الکتروکاتالیزور به وسیله ولتامتری چرخه ای (CV) ، ولتامتری روبشی خطی (LSV) و کرونوآمپرومتری (CA) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که فعالیت الکتروکاتالیزور برای اکسیداسیون متانول و کاهش اکسیژن در این کاتالیزور تا حد زیادی به دلیل تعامل قوی بین پلاتین و CeO2  بهبود می یابد. به خصوص، کاتالیزور پلاتین CeO2با مقدار 7 درصد وزنی از CeO2 بهترین عملکرد الکتروکاتالیزوری برای اکسیداسیون متانول و کاهش اکسیژن را نشان داد. می توان نتیجه گرفت که هیبرید گرافن- CeO2می تواند به عنوان بستر بالقوه و موثر برای سلول سوختی استفاده شود.

1-مقدمه

سلول سوختی متانول مستقیم (DMFC) به علت انتشار آلاینده کم، چگالی انرژی بالاتر و شرایط عمل ملایم توجه روزافزونی را به خود جلب کرده است و به عنوان یکی از روش­های اصلی برای حل بحران انرژی و  آلودگی زیست محیطی به عنوان یک منبع انرژی سبز در نظر گرفته میشود [1-4]. با این حال، فعالیت کاتالیستی کم این الکتروکاتالیزور  هنوز مانعی بر روند تجاری کردن آن است. Pt کاتالیزور سنتی برای واکنش اکسایش متانول (MOR) و واکنش کاهش اکسیژن (ORR) است در حالی که پلاتین یک فلز قیمتی است که به سادگی توسط حدواسط های  اکسیداسیون مانند CO مسموم میشود و فعالیت الکتروکاتالیزوری پلاتین کاهش میابد [5-9].  اگرچه کاتالیزورهای آلیاژ پلاتین همچون PtRu [10-12]، PtAu [13]، PtNi [14]، PtCo [15] و  PtSn [16] و غیره فعالیت الکتروکاتالیزوری بالا  نشان داده اند و نسبت به پلاتین به علت مکانیسم دوعاملی کمتر مستعد به مسمویت CO هستند با این حال فعالیت الکتروکاتالیزوری و ثبات کاتالیزور هنوز هم برای کاربردهای DMFC نبازمند بهبودهای بیشتر است...