Published September 1, 2018
| Version v1
Publication
Open
MOF Derived Catalysts for Oxygen Reduction Reaction in Proton Exchange Membrane Fuel Cell
- 1. University of Engineering and Technology Peshawar
- 2. CECOS University
- 3. Arizona State University
Description
Highly porous ZIF-67 (Zeolitic imidazole framework) has a conductive crystalline metal organic framework (MOF) structure which was served as a precursor and template for the preparation of nitrogen-doped carbon nanotubes (NCNTs) electrocatalysts. As a first step, the chloroplatinic acid, a platinum (Pt) precursor was infiltrated in ZIF-67 with a precise amount to obtain 0.12 mg.cm -2 Pt loading. Later, the infiltrated structure was calcined at 700°C in Ar:H 2 (90:10 vol%) gas mixture. Multi-walled nitrogen-doped carbon nanotubes were grown on the surface of ZIF-67 crystals following thermal activation at 700°C. The resulting PtCo-NCNTs electrocatalysts were deposited on Nafion-212 solid electrolyte membrane by spray technique to study the oxygen reduction reaction (ORR) in the presence of H 2 /O 2 gases in a temperature range of 50-70°C. The present study elucidates the performance of nitrogen-doped carbon nanotubes ORR electrocatalysts derived from ZIF-67 and the effects of membrane electrode assembly (MEA) steaming on the performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) employing PtCo-NCNTs as ORR electrocatalysts. We observed that the peak power density at 70°C was 450 mW/cm 2 for steamed membrane electrode assembly (MEA) compared to 392 mW/cm 2 for an identical MEA without steaming.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يحتوي ZIF -67 عالي المسامية (إطار زيوليت إيميدازول) على هيكل إطار عضوي معدني بلوري موصل (MOF) تم استخدامه كسلائف ونموذج لإعداد المحفزات الكهربائية للأنابيب النانوية الكربونية المشابة بالنيتروجين (NCNTs). كخطوة أولى، تم تسلل حمض الكلوروبلاتينيك، سلائف البلاتين (Pt) في ZIF -67 بكمية دقيقة للحصول على 0.12 مجم. سم -2 تحميل Pt. في وقت لاحق، تم تحميص الهيكل المتسلل عند 700 درجة مئوية في خليط الغاز Ar:H 2 (90:10 حجم٪). تمت زراعة الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران المشابة بالنيتروجين على سطح بلورات ZIF -67 بعد التنشيط الحراري عند 700 درجة مئوية. تم ترسيب المحفزات الكهربائية PtCo - NCNTs الناتجة على غشاء الإلكتروليت الصلب Nafion -212 بواسطة تقنية الرش لدراسة تفاعل اختزال الأكسجين (ORR) في وجود غازات H 2 /O 2 في نطاق درجة حرارة 50-70 درجة مئوية. توضح الدراسة الحالية أداء المحفزات الكهربائية ORR للأنابيب النانوية الكربونية المشابة بالنيتروجين المستمدة من ZIF -67 وتأثيرات مجموعة إلكترودات الغشاء (MEA) التي تتبخر على أداء خلية وقود غشاء تبادل البروتون (PEMFC) التي تستخدم PtCo - NCNTs كمحفزات كهربائية ORR. لاحظنا أن ذروة كثافة الطاقة عند 70 درجة مئوية كانت 450 ميغاواط/سم 2 لمجموعة إلكترود الغشاء البخاري (MEA) مقارنة بـ 392 ميغاواط/سم 2 لمنطقة الشرق الأوسط وأفريقيا المتطابقة دون تبخير.Translated Description (French)
Le ZIF-67 hautement poreux (structure imidazole zéolithique) a une structure organique métallique cristalline conductrice (MOF) qui a servi de précurseur et de matrice pour la préparation d'électrocatalyseurs de nanotubes de carbone dopés à l'azote (NCNT). Dans un premier temps, l'acide chloroplatinique, précurseur du platine (Pt) a été infiltré dans le ZIF-67 avec une quantité précise pour obtenir 0,12 mg.cm -2 Pt de charge. Plus tard, la structure infiltrée a été calcinée à 700 °C dans un mélange gazeux Ar :H 2 (90:10 vol%). Des nanotubes de carbone dopés à l'azote à parois multiples ont été cultivés à la surface des cristaux de ZIF-67 après activation thermique à 700 °C. Les électrocatalyseurs PtCo-NCNTs résultants ont été déposés sur une membrane d'électrolyte solide Nafion-212 par une technique de pulvérisation pour étudier la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) en présence de gaz H 2 /O 2 dans une plage de température de 50 à 70 °C. La présente étude élucide la performance des électrocatalyseurs ORR à nanotubes de carbone dopés à l'azote dérivés du ZIF-67 et les effets de la vaporisation de l'ensemble membrane-électrode (MEA) sur la performance de la pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) utilisant des PtCo-NCNT comme électrocatalyseurs ORR. Nous avons observé que la densité de puissance de crête à 70 °C était de 450 mW/cm 2 pour l'assemblage d'électrodes à membrane cuite à la vapeur (MEA) par rapport à 392 mW/cm 2 pour un MEA identique sans cuisson à la vapeur.Translated Description (Spanish)
El ZIF-67 altamente poroso (marco de imidazol zeolítico) tiene una estructura de marco orgánico metálico (MOF) cristalino conductor que sirvió como precursor y plantilla para la preparación de electrocatalizadores de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno (NCNT). Como primer paso, el ácido cloroplatínico, un precursor de platino (Pt) se infiltró en ZIF-67 con una cantidad precisa para obtener una carga de 0.12 mg.cm -2 Pt. Más tarde, la estructura infiltrada se calcinó a 700 °C en mezcla de gases Ar:H 2 (90:10% en volumen). Se cultivaron nanotubos de carbono dopados con nitrógeno de paredes múltiples en la superficie de los cristales de ZIF-67 después de la activación térmica a 700 °C. Los electrocatalizadores de PtCo-NCNT resultantes se depositaron sobre una membrana de electrolito sólido Nafion-212 mediante una técnica de pulverización para estudiar la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en presencia de gases H 2 /O 2 en un intervalo de temperatura de 50-70 °C. El presente estudio aclara el rendimiento de los electrocatalizadores ORR de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno derivados de ZIF-67 y los efectos del ensamblaje de electrodos de membrana (MEA) sobre el rendimiento de la celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) que emplea PtCo-NCNT como electrocatalizadores ORR. Observamos que la densidad de potencia máxima a 70 ° C fue de 450 mW/cm 2 para el conjunto de electrodo de membrana (MEA) al vapor en comparación con 392 mW/cm 2 para un MEA idéntico sin vapor.Files
KEM.778.275.pdf.pdf
Files
(2.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:17a6ca0bcafd46420a3ec5c19c6032f8
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- محفزات مشتقة من وزارة المالية لتفاعل تقليل الأكسجين في خلية وقود غشاء تبادل البروتون
- Translated title (French)
- Catalyseurs dérivés du MOF pour la réaction de réduction de l'oxygène dans la pile à combustible à membrane échangeuse de protons
- Translated title (Spanish)
- Catalizadores derivados de MOF para la reacción de reducción de oxígeno en la celda de combustible de membrana de intercambio de protones
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2890182365
- DOI
- 10.4028/www.scientific.net/kem.778.275
References
- https://openalex.org/W1968888034
- https://openalex.org/W1978777697
- https://openalex.org/W1983372531
- https://openalex.org/W2004987535
- https://openalex.org/W2009901571
- https://openalex.org/W2013449860
- https://openalex.org/W2022371352
- https://openalex.org/W2022888795
- https://openalex.org/W2034325310
- https://openalex.org/W2037162792
- https://openalex.org/W2053733819
- https://openalex.org/W2058545676
- https://openalex.org/W2058688888
- https://openalex.org/W2059362080
- https://openalex.org/W2064487619
- https://openalex.org/W2065027266
- https://openalex.org/W2072694114
- https://openalex.org/W2074465501
- https://openalex.org/W2075209302
- https://openalex.org/W2084361601
- https://openalex.org/W2106664196
- https://openalex.org/W2118708336
- https://openalex.org/W2119989570
- https://openalex.org/W2121347757
- https://openalex.org/W2150722247
- https://openalex.org/W2163535530
- https://openalex.org/W2317098509
- https://openalex.org/W2319820982
- https://openalex.org/W2327461050
- https://openalex.org/W2500203595
- https://openalex.org/W2560077433
- https://openalex.org/W2588315284
- https://openalex.org/W2695378732
- https://openalex.org/W2731309682
- https://openalex.org/W4242045987