作為質子交換膜燃料電池（PEMFCs）的碳基支撐物的替代品，堅固的陶瓷支撐物已經引起了極大的關注。然而，由于它們的導電性，它們的電催化活性比碳基支持物低。在這里，SiC納米粉末被外延石墨烯修飾，并被評估為質子交換膜燃料電池中鉑的支撐物。咖啡渣被用作碳源，不僅提高了石墨烯修飾的SiC支持物的電催化活性，而且還證明了利用和商業化這種廣泛使用的廢物的可行性。鉑裝飾的陶瓷支架在加速電化學條件下提供了更高的耐久性和性能。
圖1. (a) 合成SiC/G@Pt催化劑的過程示意圖。在SiC納米粉末的存在下，從咖啡渣中蒸發出碳源，如CH4（g）和CO（g）（步驟1），然后，C（s）原子沉積在SiC納米顆粒表面（步驟2）。功能化的石墨烯層在相對較低的溫度下重新排列和結晶后在SiC上形成（步驟3）。最后，鉑金納米粒子被沉積在SiC/G的表面（步驟4）。(b) 材料的XRD圖案： (c) 合成的SiC/G和SiC/G@Pt樣品的拉曼光譜。(d) SiC/G@Pt和商業Pt/C的鉑4f峰的高分辨率XPS分析 (d) SiC/G的TEM圖像。(e) SiC/G@Pt的TEM圖像和SiC、C和Pt的快速傅里葉變換（FFT）衍射圖以及SiC/G@Pt的EDS元素圖。
圖2. SiC/G@Pt（上）和Pt/C催化劑（下）在0.1M HClO4中進行5000次ADT循環前后的電化學分析：（a，d）CV曲線；（b，e）ORR極化曲線；以及（c，f）0.9V時的質量活性（紅色）和比活性（藍色）。
圖3. PEMFCs中SiC/G@Pt和Pt/C催化劑的電化學性能。(a)I-V極化曲線，(b)用于確定歐姆電阻的I-V曲線a部分的線性部分，以及(c)5000次循環之前和之后的歐姆電阻。
圖4：（a）I-V極化和功率密度曲線；（b）使用SiC/G@Pt的多邊環境協定在ADT后的TEM圖像。(c) SiC/G@Pt耐用性的機制示意圖。 SiC表面上類似于rGO的功能層提供了導電性。此外，由于SiC具有良好的化學和機械性能，在PEMFCs的工作條件下，SiC被保持為堅固的支撐。
相關研究成果由韓國陶瓷工程和技術研究所Tae Ho Shin和韓國技術與教育大學Soon-Mok Choi等人2023年發表在ACS Applied Energy Materials (https://doi.org/10.1021/acsaem.2c04073)上。原文：Highly Durable Platinum Catalysts on Nano-SiC Supports with an Epitaxial Graphene Nanosheet Layer Grown from Coffee Grounds for Proton Exchange Membrane Fuel Cells。
轉自《石墨烯研究》公眾號
