Verhalten eines nanostrukturierten Pd-basierten Elektrokatalysators und einer Membranelektrodenanordnung in einer passiven direkten Glycerin-Brennstoffzelle

Einführung

Glycerin könnte die Nachfrage übersteigen, da es als Nebenprodukt bei der Biodieselproduktion entsteht [1]. Die guten Eigenschaften von Glycerin, nämlich hohe Energiedichte mit drei Hydroxylgruppen, ungiftig und nicht brennbar, machen es jedoch zu einer würdigen Chemikalie, die in Mehrwertprodukte umgewandelt werden kann. Nach einer Vorbehandlung, beispielsweise durch Elektrodialyse [2], kann Glycerin als Brennstoff in Brennstoffzellen eingesetzt werden [3]. Brennstoffzellen gehören zu den effizientesten Möglichkeiten, Energie aus der Glycerinoxidation mit verschiedenen Arten von Anodenmaterialien und auch Katalysatoren zu gewinnen.

Palladium erlangte 2010 weltweite Aufmerksamkeit und Berühmtheit, als Richard Heck, Ei-ichi Negishi und Akira Suzuki den Nobelpreis in Anerkennung ihrer Erfolge bei der Entdeckung und Entwicklung der palladiumkatalysierten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsbildung erhielten [4 ]. Ihre Studie hatte einen signifikanten Einfluss auf den Bereich der Katalyse. Darüber hinaus ist es für Forscher zu einer Inspirationsquelle geworden, Palladium-Metall-Katalysatoren in verschiedenen Bereichen einzusetzen, die von industriellen Materialien und Pharmazeutika bis hin zur Nutzung von Energie durch Brennstoffzellen reichen. Palladium gehört zu den Metallen der Platingruppe. Die ähnlichen chemischen Eigenschaften von Platin machen Palladium zu einem sehr geeigneten Ersatz für das teurere Platin [5, 6]. Palladium hat eine einzigartige elektronische Konfiguration mit dem 4d ¹⁰ 5s ⁰ elektronische Grundzustandskonfiguration, was es zum einzigen Übergangsmetall macht, das ein gefülltes d . kombiniert Orbital mit einer leeren Grenze s Orbital [7]. Die einzigartigen Eigenschaften von Palladium scheinen auf die Fähigkeit von Palladium hinzuweisen, die Oxidation von Olefinen zu katalysieren [8].

Bei alleiniger Verwendung als Katalysator zeigt Palladium (Pd) jedoch einen Mangel an Stabilität sowie eine hohe Desaktivierungs- und Verschlechterungsrate [9, 10]. Viele Studien haben gezeigt, dass eine Mischung oder Kombination von Pd- und Au-Metallen in einer Reihe von Anwendungen verwendet werden kann. Es wird angenommen, dass die Zugabe von Au zu Pd die katalytische Aktivität, Stabilität und Selektivität stark verbessert sowie Vergiftungsbeständigkeit verleiht. Au hat eine höhere Elektronegativität, und daher wird die Ladung von Pd auf Au übertragen, wodurch Au als Promotor die Rolle spielt, die Pd-Monomerstelle zu isolieren, wodurch die Adsorption von CO verhindert wird, indem ein weiterer Reaktionsmechanismus auf einem anderen Weg gefördert wird [ 11, 12]. Darüber hinaus führt das Legieren dieser beiden Metalle zu einem Gewinn von s und p Elektronen und der Verlust von d Elektronen für Au, während Pd s . verliert und p Elektronen, gewinnt aber d Elektronen [13]. Die d -Charakter ist viel wichtiger als s , p -Charakter für Übergangsmetalle wie Pd und Au, der die Bildung von Chemisorptionsbindungen ermöglicht und die katalytischen Eigenschaften verbessert.

Die elektrokatalytische Aktivität der bimetallischen Pd-Struktur ist besser als die der monometallischen Struktur, bei der die Anwesenheit oxophiler Metalle eine Tendenz zur Bildung von Oxiden durch Hydrolyse oder Sauerstoffabstraktion erzeugt, häufig aus organischen Verbindungen, die die Glycerinoxidation unterstützen [14]. Bezugnehmend auf die bifunktionelle Theorie der Elektrokatalyse, die Elektrooxidation von primärem Alkohol (z. B. Methanol, Ethanol und Glycerin) zu CO₂ und R–COOH (oder \( {\mathrm{CO}}_3^{2-} \) und R − COO ⁻ im alkalischen Medium) erfordert die Aktivierung von H₂ O unter OH-adsorbierten Spezies (OHads) an der Katalysatoroberfläche. Somit stellt es das zusätzliche Sauerstoffatom bereit und unterstützt die vollständige Alkoholoxidationsreaktion gemäß der folgenden chemischen Reaktion, die in alkalischen Elektrolyten auftritt:

Die schnelle dissoziative Adsorption von Alkohol an der Katalysatoroberfläche kann mit Gl. (1) und Gl. (2). Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt in Gl. (4) bedeutet, dass die Alkoholoxidationsreaktion stark von der Bedeckung der Oberfläche des Nanokatalysators mit den adsorbierten Acyl- und Hydroxylspezies, RCOads und OHads, abhängt, was im Allgemeinen zur Bildung von Acetat führt [15].

Palladiumlegierungen können bearbeitet werden, um Härte und Festigkeit zu verbessern, ohne die Korrosionsbeständigkeit der anderen Metalle zu beeinträchtigen [16]. Der bimetallische Pd-Au-Katalysator ist ein gut kuppelnder und äußerst aktiver Nanopartikelkatalysator. Yan et al. [17] und Hu et.al. [11] stellen fest, dass Pd-Nanopartikel ein hochaktiver Katalysator sind, aber sie sind nicht stabil und die katalytische Aktivität sinkt aufgrund der Zersetzung von PdO. Zhanget al. [18] führten eine weitere interessante Studie zum Einbau von Pd in ​​Karbid durch, die zu einem Spitzenstromwert für Pd/Mo₂ . führte C von 1000 mA mg ⁻¹ , ein Wert, der doppelt so hoch ist wie der von Pd/C (498 mA mg ⁻¹ ); dieses Ergebnis zeigt einen Legierungskatalysator, der sich als stabiler und gut vergiftungsbeständiger Elektrokatalysator für die Oxidation von Glycerin in alkalischen Medien erwiesen hat. Ferreiraet al. auch [19] führten eine Studie zu pH-Faktoren bei der Elektrooxidation von Glycerin auf Palladium-Rhodium-Elektroabscheidungen in alkalischen Medien durch. Die Autoren zeigten, dass die Palladium-Rhodium-Oberflächen eine geeignete katalytische Aktivität für die Elektrooxidation von Glycerin aufweisen und schlugen vor, dass die Anwesenheit von Rhodium dazu beiträgt, die geringe Fähigkeit von Palladium zur Spaltung von CC-Bindungen in stark alkalischen Medien zu verbessern. Rezaei et al. [20] berichteten, dass Pd/Cu/nanoporöse Edelstahlelektroden für die Oxidation von Glycerin in Gegenwart von Cu zu einer verbesserten elektrokatalytischen Aktivität und Stabilität des porösen Pd-Films für Glycerinoxidationsreaktionen führten. Eine weitere interessante Studie von Geraldes et al. [21] zeigten, dass die Kombination von drei Metall-PdAuSn/C-Katalysatoren nicht nur die dissoziative Aktivität von Glycerinmolekülen während des Oxidationsprozesses fördert, sondern auch zu einer höheren Haltbarkeit, Stabilität und Leistungsdichte führt.

Es gibt jedoch eine anhaltende Debatte über die besten Strategien zur Reduzierung des Einsatzes von Metallkatalysatoren. In der vorliegenden Studie wurde ein Kohlenstoffmaterial, nämlich die dampfgewachsene Kohlenstoffnanofaser (VGCNF), als Katalysatorträger eingeführt, um die PdAu-Beladung für die Elektrooxidation von Glycerin in Brennstoffzellenanwendungen zu minimieren. Trotz zunehmender Forschung zur PdAu-Legierung wurden keine Studien zur Verwendung von VGCNF als Katalysatorträger durchgeführt. VGCNF wurde aufgrund seiner vielfältigen Eigenschaften von hochgraphitischem Kohlenstoff mit hervorragenden thermischen und elektrischen Leitfähigkeiten als Katalysatorträger verwendet [22]. Darüber hinaus ist VGCNF in großen Mengen zu einem erschwinglichen Preis erhältlich [23]. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, Pd₁ . zu synthetisieren und zu charakterisieren Au₁ /VGCNF, um zu diesem wachsenden Forschungsgebiet beizutragen, indem die Verwendung dieses hausgemachten Katalysators in der Direkt-Glycerin-Brennstoffzelle (DFGC) untersucht wird.

Katalysatoren wurden synthetisiert und dann auf die passive direkte Glycerinbrennstoffzelle (DGFC) aufgebracht. Katalysatoren in den Elektroden der DGFC erfüllen eine entscheidende Funktion bei Reaktionen zur Stromerzeugung durch die Umwandlung von chemischem Brennstoff in elektrische Energie. Die Anwendung von Pd₁ Au₁ /VGCNF in passiver DGFC zur Stromversorgung von mobilen elektronischen Geräten mit geringem Watt wurde noch nie zuvor untersucht. Der passive Modus bei der DGFC bedeutet, dass Brennstoff ohne Brennstoffpumpe aus dem Reservoir in den Anodenraum gefördert wird, während auf der Kathodenseite der Sauerstoff passiv aus der Umgebungsluft diffundiert [24]. Der DGFC wird im passiven Modus betrieben, es gibt keine Zusatzgeräte, die für den Betrieb verwendet werden. Die Glycerin-Flussraten sind schwer zu kontrollieren, und die Zwischenspezies während der Glycerin-Oxidation begrenzen die Aktivität des Katalysators und tragen zum Katalysatorzerfall bei, was zu einer geringeren Leistung einer passiven DMFC im Vergleich zu einer aktiven DMFC führt.

Für die Kommerzialisierung passiver Brennstoffzellen sind viele Herausforderungen zu bewältigen. In vielen Studien schnitt der synthetisierte Katalysator im Halbzellentest mittels zyklischer Voltammetrie gut ab. Die nachfolgenden Anwendungen des Katalysators in passiven Brennstoffzellen zeigten jedoch keine sehr erfreuliche Leistungsdichte. Daher werden in dieser Studie auch verschiedene Faktoren wie die strukturelle Katalysatorschicht, MEA-Herstellungsprobleme und die AEM-Stabilität eingehend erörtert, die zur geringen Leistung der Brennstoffzelle beitragen.

Materialien und Methoden

Chemikalien

Alle Vorläufermetallsalze und chemische Reagenzien wie Gold(III)-Chlorid-Trihydrat (HAuCl₄ .) ·3H₂ O), Palladiumchlorid (PdCl₂ ), Trinatriumcitrat (Na₃ Ct), Natriumborhydrid (NaBH₄ .) ), dampfgewachsene Kohlenstoff-Nanofasern (VGCNF), Natriumhydroxid, Glycerin, 2-Propanol und 5 Gew.-% Nafion-Lösung wurden von Sigma-Aldrich (USA) bezogen.

Instrumentierung

Für die physikalischen Analysen von Elektrokatalysatoren wurden Techniken wie Röntgenbeugung (XRD), Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM), energiedispersive Röntgen(EDX)-Spektroskopie und Oberflächenanalyse durch BET verwendet, um den Elektrokatalysator zu untersuchen Struktur, Morphologie, elementare Zusammensetzung, Kristallitgröße und Porosität der Probe. XRD wird zur Phasenidentifikation in kristallinen Materialien verwendet. Das in dieser Arbeit verwendete Instrument ist ein Bruker D8 Advance-Diffraktometer, das mit einer Cu Ka-Quelle ausgestattet ist (λ = 1,54056 Å). Die Diffraktogramme wurden bei 2q im Bereich von 20 bis 90 ^° . aufgenommen , mit einer Schrittweite von 0,05 und einer Abtastzeit von 2 s pro Schritt. Die Scherrer-Gleichung wird verwendet, um die Größe der Kristallpartikel im Pulver wie folgt zu bestimmen:

wo λ ist die Röntgenwellenlänge, θ ist der Bragg-Reflexionswinkel und \( K=2\sqrt{\left(\mathit{\ln}2\right)/}\left(\pi\right)\) ist die Konstante. Darüber hinaus wurde eine Rietveld-Verfeinerungsanalyse von Röntgenpulverdiffraktionsdaten mit der PANalytical X’Pert HighScore-Software [25] durchgeführt. In der Rietveld-Analyse wurden die experimentellen Profile mit der am besten geeigneten Pseudo-Voigt-Analysefunktion angepasst [26]. Die Minimierung der Differenz zwischen den beobachteten und simulierten Pulverbeugungsmustern wurde unter Verwendung des Zuverlässigkeitsindexparameters wie der Residuen R . durchgeführt _wp für das gewichtete Restmuster, R _exp für die Bewertung der Datenqualität oder des erwarteten Fehlers und die Anpassungsgüte (GOF), die typischerweise die Qualität der Daten durch den Vergleich von R . zusammenfasst _wp zu R _exp . Ein Wert von GOF gleich 1 oder kleiner 4 bedeutet, dass das Modell so gut wie möglich ist [27]. Die Genauigkeit und Qualität der Anpassung der berechneten an die experimentellen Beugungsdaten kann durch all diese Parameter bestimmt werden und wird durch Folgendes gegeben:

wo y _i(o) sind die experimentellen Intensitäten, y _{i (cal)} sind die berechneten Intensitäten, w _ich = (1/y _i(o) ) ist das Gewicht der experimentellen Beobachtung, N ist die Anzahl der experimentellen Beobachtungen und P ist die Anzahl der Anpassungsparameter.

Die topographischen und elementaren Informationen des nanostrukturierten Katalysators wurden unter Verwendung eines Feldemissions-Rasterelektronenmikroskops Gemini SEM 500 erhalten, das mit einem energiedispersiven Röntgenspektrometer ausgestattet war, das dreidimensionale Bilder und Informationen über die elementare Zusammensetzung der zu analysierenden Probe liefern kann. Stickstoffadsorptions-/Desorptionsisothermen wurden verwendet, um die Oberflächeneigenschaften des synthetisierten Pulverkatalysators Pd₁ . zu bewerten Au₁ /VCGNF wie Brunauer-Emmett-Teller (BET)-Oberfläche. Inzwischen wurde die Porengrößenverteilung aus den Adsorptionszweigen der Isothermen (für P/P0 > 0.35) mit der Barret-Joiner-Halenda (BJH)-Methode berechnet.

Katalysatorsynthese

Der in dieser Studie verwendete Ansatz zur Synthese des Elektrokatalysators basiert auf der Methode der chemischen Reduktion [28]. Dies ist die einfachste Methode, die die Bildung des Pd₁ . ermöglichte Au₁ bimetallische Legierung, die mit dampfgewachsenen Kohlenstoff-Nanofasern (VGCNF) unterstützt wird. Die Elektrokatalysatorsynthese begann mit 2 ml PdCl₂ (0,05 M) gemischt mit 7 ml Gold(III)chlorid-Trihydrat (HAuCl₄ .) ·3H₂ O) (0,012 µM). Die gemischte Lösung wurde tropfenweise zu einer gewissen Menge Trinatriumcitrat (0,5 µM) gegeben.

Trinatriumcitrat wirkt als Stabilisierungsmittel, um die Aggregation der Nanopartikel zu kontrollieren, indem es die Oberflächenspannung zwischen den Feststoffpartikeln und dem Lösungsmittel senkt [29]. Anschließend wurde die obige gemischte Lösung tropfenweise zu der gerührten VGCNF-Aufschlämmung (Isopropanol + DI-Wasser) gegeben und 3 Stunden gerührt. Die Reduktion der Metallvorläufer erfolgte mit einem Überschuss an frisch hergestelltem eiskaltem (0.5 M) Natriumborhydrid (NaBH₄ ) und die Lösung wurde über Nacht gerührt. Eine längere Reaktionszeit ermöglicht Natriumborhydrid mit seinen starken Reduktionsfähigkeiten, mit den Produkten zu reagieren. Das Molverhältnis von NaBH₄ zu Metallionen beträgt 5 bis 15, was eine bessere Katalysatordispersion und Oberflächenzusammensetzung des Pd₁ . liefert Au₁ Nanopartikel aus bimetallischen Legierungen. Die Lösung wurde über Nacht unter magnetischem Rühren gehalten, filtriert und mehrmals mit DI-Wasser gewaschen, um das Lösungsmittel vollständig zu entfernen, und wurde 10 Stunden lang bei 80 °C getrocknet

Elektrochemische Analyse

Zur elektrochemischen Analyse des Elektrokatalysators wurden Cyclovoltammetrie-Experimente durchgeführt. Die zyklischen Voltammetriemessungen wurden unter Verwendung einer elektrochemischen Workstation von Autolab (PGSTAT101) bei Raumtemperatur durchgeführt. Die Katalysatortinte wurde durch Auflösen von 5 mg Elektrokatalysator in einer Mischung aus 150 µl destilliertem Wasser, 150 µl Isopropylalkohol und 50 µl 5 Gew.-% Nafion® hergestellt. Um sicherzustellen, dass die Mischung gut vermischt ist, wird die Probe 30 Minuten lang einer Ultraschallbehandlung unterzogen. Das 2,5 &mgr;l-Aliquot der Elektrokatalysatortinte wurde unter Verwendung einer Mikropipette auf die Glaskohlenstoffelektrode aufgetragen und dann bei Raumtemperatur trocknen gelassen. Die Referenzelektrode war Ag/AgCl (in 3 M KCl ⁻¹ ) und die Gegenelektrode war ein Pt. Die elektrochemische Charakterisierung der Elektrokatalysatoren wurde durch einen zyklischen Voltammetrie (CV)-Test im Potentialbereich von − 0.7 V bis 0.4 V und bei einer Scanrate von 50 mVs ⁻¹ . durchgeführt in einer 0,5 M Glycerin + 0,5 M NaOH-Lösung. Beide Lösungen wurden durch Blasen mit N₂ . desoxygeniert bei 200 ml min ⁻¹ 30 Minuten lang, bevor Sie eine Messung der Glycerin-Oxidationsreaktion durchführen.

Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)

EIS des laufenden FC wurde unter Verwendung eines Frequenzganganalysators (FRA) Solartron 1260 durchgeführt, der direkt mit der elektronischen Last (RBL488-50-150-800) verbunden war. EIS wurde im galvanostatischen Modus unter Verwendung eines AC-Signals mit einer Amplitude von 200   mA durchgeführt. Impedanzspektren wurden durch Wobbelfrequenzen zwischen 100 kHz und 0,005 Hz gesammelt. Die Amplitude des sinusförmigen Potentialsignals betrug 10 mV. Jeder Scan enthielt etwa 100 Datenpunkte. Für jeden Stromdichtewert wurden fünf Vollspektren aufgenommen, und das schließlich in der Diskussion verwendete Impedanzspektrum war das Ergebnis eines Mittelungsverfahrens.

Herstellung einer mit Natrium dotierten Anionenaustauschermembran

Die Behandlung der Anionenaustauschermembran (AEM) erfolgte durch Eintauchen des AEM in eine 1,0 µM wässrige Natriumhydroxidlösung für 1 Stunde. Dieser Vorgang wurde dreimal wiederholt, wobei die NaOH-Lösung durch eine frische NaOH-Lösung ersetzt wurde, um einen Überschuss des gewünschten Ions zu erhalten.

Membran-Elektroden-Baugruppe

Die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) hatte eine aktive Fläche von 2,0 × 2,0 cm und bestand aus zwei einseitigen Elektroden und einer Anionenaustauschermembran. Als Substratschichten (DLs) der Brennstoffzellenelektroden wurde ein Carbongewebe (CC-060) von Electrochem, Inc. verwendet. Dies liegt vor allem an seiner hohen Porosität und guten elektrischen Leitfähigkeit. Mikroporöse Schichten aus Vulcan XC72-Kohlenstoffpulver wurden mit einem hydrophoben Mittel (20 wt% PTFE) in Suspension in Isopropanol gemischt und vorsichtig auf ein Kohlegewebe gegossen, um eine Gasdiffusionsschicht zu bilden, um eine Beladung von 3,5–4 mg cm⁻² . Nach dem Trocknen P₁ Au₁ /VGCNF-Katalysatortinte, gemischt mit 15 Gew.-% PTFE in Isopropanol, wurde auf der GDL abgeschieden, um die Anodenelektroden zu erhalten. Unterdessen dient Pt/C als Kathodenelektroden-Katalysator, der eine Ionomerlösung (Fumatech Fumion® FAA-3 Ionomer) 5 Gew.-% in Isopropanol enthält. Die Katalysatorbeladungen in Anode und Kathode betrugen 1,0 mg cm ^–2 . . Schließlich wurde die MEA gebildet, indem die Membran zwischen den beiden Elektroden durch Heißpressen bei einem Druck von 280 kg/cm2 . eingelegt wurde und Temperatur von 100°C für 3 min.

Leistungsbewertung von passiver alkalischer DGFC

Die Leistung der MEA wurde durch I-V-Kurvenmessungen unter Verwendung einer selbstgebauten Einzelzelle mit Autolab (PGSTAT101) bewertet. Das Reservoir mit einem Volumen von 8 ml wurde an der einen Seite der Anodenendplatte angebracht. Die Brennstoffzufuhr oder -einspritzung erfolgte durch drei kleine Löcher auf der Oberseite der Anodenplatten. Die Zelle wurde horizontal mit der Anodenseite nach oben und der Kathode nach unten zur Umgebungsluft aufgebaut. Als Kohlenstoffkollektor wurde Edelstahl verwendet, der eine sehr gute Leitfähigkeit besitzt. Die vorbereiteten MEAs befanden sich zwischen den beiden Kohlenstoffkollektoren. Beide Elektroden haben eine geometrische Oberfläche von 4 cm ² . Schließlich wurden acht Muttern-Schrauben-Paare aus Edelstahl verwendet, um alle Komponenten zusammenzuhalten, um eine einzelne Zelle zu bilden. Jede Messung wurde nach der Zellaktivierung für 2 Stunden gestartet. Die Zellspannung wurde aufgezeichnet, nachdem der Strom für 3 min eingestellt wurde, um die Spannung zu stabilisieren. Die passive DMFC wurde bei Umgebungstemperatur betrieben.

Ergebnisse und Diskussion

Physikalische Charakterisierung des Elektrokatalysators

Die Röntgenbeugungsmuster für die drei synthetisierten Elektrokatalysatorproben, die Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ . sind Au₁ /VGCNF sind in Abb. 1 dargestellt, während die Analysedaten in Tabelle 1 zusammengestellt sind. Das Röntgenbeugungsmuster der Elektrokatalysatoren zeigt eine kubische Struktur (Fm-3m-Raumgruppe) ohne zweite Phase. Der erste Diffraktogrammpeak bei 26,0° kann Graphitstrukturierten Kohlenstoffen (002) der rohen VGCNF-Beugungsebenen von hexagonalem Graphit zugeordnet werden (JCPDS-Kartei 41-1487) (Rajarao und Bhat [30]). Jedes gezeigte Diffraktogrammmuster weist vier Beugungspeaks auf, die auf die Beugung aus der Ebene (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) und (3 1 1) fcc indiziert werden können.

Diffraktogramme der verschiedenen Elektrokatalysatoren Pd₁ Au₁ /VGCNF, Pd/VGCNF und Au/VGCNF

Abbildung 1 zeigt den Beugungspeak der Au/VGCNF-Elektrokatalysatorproben bei etwa 38,3 °C, 44,5 °C, 64,7 °C und 77,7 °C und kann auf kristallographische Ebenen (1 1 1), (2 0 0) ( 2 2 0) bzw. (3 1 1), die als Fm-3m klassifiziert werden können (JCPDS Nr. 65-8601, a = b = c = 0.4072 nm). Abbildung 1 zeigt das Beugungsmuster der Pd/VGCNF-Elektrokatalysatorprobe um die 2θ-Werte von 40,12 °C, 46,66 °C, 68,12 °C und 82,10 °C, was den folgenden Ebenen entspricht (1 1 1), (2 0 0) , (2 2 0) und (3 1 1) (JCPDS Nr. 05-0681, a = b = c = 0,3889 nm). In Abb. 1 scheinen PdAu und Au bei einer bimetallischen PdAu-Probe einen einzigen Beugungspeak zu teilen, was darauf hindeutet, dass eine homogene Legierungsbildung stattgefunden hat.

Typische auf VGCNF getragene PdAu-Nanopartikel wurden im Wesentlichen durch die gemeinsame Reduktion der Metallvorläufer (dh \( {\mathrm{AuCl}}_4^{-}\) und \( {\mathrm{PdCl}}_4^{ 2-}\)) in Gegenwart von Natriumborhydrid als Reduktionsmittel. Abbildung 2a–c zeigen das typische TEM-Bild der Au/VGCNF-, Pd/VGCNF- und PdAu/VGCNF-Elektrokatalysatoren. Es ist ersichtlich, dass die Morphologie der Au-, Pd- und PdAu-Nanopartikel ein moderates Agglomerationsverhalten mit der homogenen Verteilung auf VGCNF zeigt. Das Kristallstrukturmuster wurde durch Selected Area Electron Diffraction (SAED)-Analyse (eingefügt in Abb. 2a–c) analysiert und zeigt, dass Au/VGCNF, Pd/VGCNF und PdAu/VGCNF typischerweise eine polykristalline fcc-Struktur aufweisen. Das in Abb. 2d, e beobachtete hochauflösende TEM-(HRTEM)-Bild zeigt einen Abstand von 0,24 nm und 0,22 nm an, was dem Interplanarabstand der (111)-Ebene für Au bzw. Pd entspricht. Abbildung 2f enthüllte das d -Abstandswerte der Gitterstreifen, die aus den markierten Bereichen bestimmt wurden, betragen 0,230 nm, entsprechend den (111)-Ebenen der kubisch-flächenzentrierten (fcc) PdAu-Legierung.

a –c Typische Bilder von TEM- und SAED-Mustern für Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VGCNF. d –f HRTEM-Bilder für Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VGCNF-Elektrokatalysatoren

Die BET-Oberflächen- und Porositätsanalyse sind wirksame Werkzeuge zur Bewertung der Leistungsfähigkeit von Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VCGNF, um als Adsorptionsmittel zu wirken. BET zeigte die Menge des adsorbierten Materials (Adsorbat) und seinen Adsorptionsgrad auf der Adsorbensoberfläche auf dem Feststoff (dem Adsorbens) [31]. Die BET-Oberfläche von Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VGCNF-Probe wurde unter Verwendung von Stickstoffadsorptions-/Desorptions-Isothermen analysiert, wie in Fig. 3a gezeigt. Die Isothermenkurve spiegelt die Isothermenform wider und ermöglicht eine qualitative Beurteilung der Porosität der Materialien. In dieser Studie weist die beobachtete Isothermenform darauf hin, dass Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VCGNF sind Typ IV (basierend auf der IUPAC-Klassifizierung) und zeigen steile Steigungen im relativen Druckbereich von 0,83–0,99 P/P₀ , die für die Existenz eines mesoporösen Materials charakteristisch ist [32]. Materialien mit mesoporösen Strukturen zeigen eine gute morphologische Stabilität und aktive Katalysatoren aufgrund eines erhöhten Adsorptionsvolumens, wodurch die katalytische Aktivität erhöht wird.

a N₂ Adsorptions-/Desorptionsisothermen von Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VGCNF. b Porengrößenverteilungskurve von Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VGCNF

Oberfläche, Porenvolumen und Porendurchmesser des Elektrokatalysators sind in Tabelle 1 aufgeführt. Aus der Tabelle ergibt sich, dass VGCNF eine Oberfläche von 30,56 m ² . hat /g, das Porenvolumen von 0,415 cm ³ /g und einem Porendurchmesser von 7,0 nm. Es wurde festgestellt, dass die Anwesenheit von Metallkatalysatoren (Au, Pd und PdAu) über dem Katalysatorträger die Oberfläche, das Porenvolumen und den Porendurchmesser verringert. Dies ist auf das verstreute Katalysatormetall zurückzuführen, das auf die Oberfläche des Katalysatorträgers trifft. Auch nachdem das Katalysatormetall auf VGCNF gestreut wurde, zeigt die Hystereseschleife vom H1-Typ (P/Po 0.83–0.99) an, dass die Mesoporenstruktur des Materials nicht beeinflusst wird. Daraus kann geschlossen werden, dass das Katalysatormetall gut auf der Oberfläche von VGCNF verteilt wurde und mit dem TEM-Bild übereinstimmt, was darauf hinweist, dass das Katalysatormetall gleichmäßig auf der Oberfläche des Katalysatorträgers gestreut ist.

Wie aus der BJH-Porengrößenverteilung von Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ ersichtlich ist Au₁ /VCGNF, dargestellt in Abb. 3a, zeigt einen engen Porendurchmesser oder Porendurchmesser bei etwa 4 nm (Porenradius), während der beobachtete Porengrößenbereich bei allen Katalysatoren zwischen 2 und 5 nm liegt, was das Material zu einem einzigartigen Adsorptionsmittel macht mittel [31]. Au/VGCNF, Pd/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VGCNF-Elektrokatalysatoren haben im Vergleich zu VGCNF ein kleines Porenvolumen, da ein gewisser poröser Raum innerhalb des Trägermediums mit Metallkatalysator-Nanopartikeln oder anderen chemischen Reaktionen während des Prozesses der Nanopartikeldekoration blockiert wird und folglich zu einem Rückgang des Porenvolumens führt. Die angegebene BET-Oberfläche bezieht sich jedoch nicht auf die gesamte elektrokatalytische Oberfläche. Daher muss die elektrochemische Analyse detailliert durchgeführt werden, um die aktive Oberfläche zu erhalten.

Eine XPS-Analyse wurde durchgeführt, um C 1s . zu untersuchen , Pd 3d , und Au 4f in Proben von Au/VGCNF-, Pd/VGCNF- und PdAu/VGCNF-Elektrokatalysatoren. Die hochauflösenden Peakspektren der C 1s Peak sind in Abb. 4a gezeigt; vier Komponenten, nämlich 284.6 eV (C-C), 285.4 eV (C-O-C), 286,6 eV (C-OH) und 287.8 eV (C = O), konnten beobachtet werden, die die chemische Struktur von VGCNF in den Elektrokatalysatorproben bestimmen. XPS wurde verwendet, um den chemischen, elektronischen Zustand und die Oberflächenzusammensetzung von Au/VGCNF, Pd/VGCNF und PdAu/VGCNF zu charakterisieren. Tabelle 2 zeigt den Gewichtsprozentsatz und die Bindungsenergie für Pd/VGCNF, Au/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VGCNF. Abbildung 4b zeigt das regionale Au 4f . Spektren von Au/C und PdAu/C. In der Au 4f Spektrum des Au/VGCNF, Doppelpeaks enthalten eine niederenergetische Bande (Au 4f _2.07 ) und Hochenergieband (Au 4f _5/2 ) bei 84,1 und 87,7 eV, die die Reduktion von \( {\mathrm{AuCl}}_4^{2-}\) zu Au ⁰ . bestätigen . In Abb. 4c für Pd/VGCNF liegt der Peak bei 335,4(Pd 3d _5/2 ) und 340,7 eV (Pd 3d _3/2 ) werden Pd 3d . zugeschrieben die die Reduktion von \( {\mathrm{PdCl}}_4^{2-} \) auf Pd ⁰ . bestätigen . Für bimetallisches PdAu/VGCNF lässt sich unterdessen beobachten, dass beide Bindungsenergien von Au 4f und Pd 3d leicht abweichend zu einem niedrigeren Winkel im Vergleich zu Au/VGCNF und Pd/VGCNF. Die Verschiebung der Bindungsenergien liefert eine starke Rechtfertigung für den Elektronentransfer von Pd zu Au, die möglicherweise mit der gestörten elektronischen Wechselwirkung zwischen der Pd- und Au-Atombahn in Verbindung gebracht werden kann und die Bildung der Legierungsnanostrukturen weiter bestätigt. Die Menge an Pd und Au kann über die Peakintensitäten bestimmt werden und zeigt, dass das Verhältnis von Pd zu Au mit 79:21 viel höher ist als der berechnete Wert (50:50). Dies bedeutet, dass im äußeren Teil der Katalysatoroberfläche Pd-Atom angereichert wurde. Dies geschieht aufgrund der unterschiedlichen Reduktionsraten von Au(III) und Pd(II). Es kann davon ausgegangen werden, dass sich zuerst Au-Kerne bildeten, gefolgt von der Anlagerung von Pd-Atomen an die Kerne und zur Bildung von Legierungs-Nanostrukturen mit Pd-angereicherten Oberflächen. Diese Beobachtung bestätigt die Existenz von metallischem Pd und Au in der äußeren Oberfläche des Pd₁ Au₁ /VCGNF-Nanokatalysatorprobe.

Hochauflösende XPS-Spektren von Pd/VGCNF, Au/VGCNF und Pd₁ Au₁ /VGCNF. a Pd 4f _5/2 und Pd 4f _2.07 . b Au 4f _5/2 und Au 4f _2.07 und c C 1s

Elektrochemische Analyse auf Glycerinoxidation in Basislösung

Der CV-Scan des Katalysators wurde nach der Katalysatorbeladung der Glaskohlenstoffelektrode für ungefähr 24 h durchgeführt. Die Ladezeit beeinflusst indirekt die Stromdichte und das Spitzenpotential (Ep). Mit zunehmender Beladungszeit wird mehr Zeit für die gesamte aus der Probe entwickelte Wasserstoffmenge benötigt. Die Stromdichte nimmt ab dem Beginnpotential der Wasserstoffdesorption enorm zu. 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 ⁺ and 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 /Ich _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 /Ich _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 (E_v ), the Tafel slope is low which indicates the kinetic transfer charge is fast during the reaction of the glycerol oxidation. At higher oxidation potential (E_v ), 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 (E_v ) 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 (E_v ) 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 CO_3. 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.

Abkürzungen

AEM:

Anion exchange membrane

Au:

Aurum

WET:

Brunauer, Emmett, and Teller

Lebenslauf:

Zyklische Voltammetrie

EDX:

Energy-dispersive X-ray

FESEM:

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie

HAuCl₄ ·3H₂ O:

Gold(III) chloride trihydrate

MPL:

Microporous layer

N₂ :

Stickstoff

Pd:

Palladium

PdCl₂ :

Palladium chloride

PTFE:

Polytetrafluorethylen

VGCNF:

Vapor-grown carbon nanofiber

XPS:

Röntgenphotoelektronenspektroskopie

XRD:

Röntgenbeugung