直接甲酸燃料电池（DFAFCs）具有高功率密度和理论电池潜力的优点。探索用于电化学甲酸电氧化 (FAO) 的稳健催化剂对于 DFAFC 的广泛吸收至关重要。然而，许多具有吸引力催化剂的电极由于其表面的CO2气泡生长缓慢和偏离步骤而遭受有限的质量传递。在这项研究中，通过在碳纸上沉积蕨状钯纳米结构阵列（Pd-nanoarray@CP）开发了一种超疏氧电极。其独特的超疏氧特性成功地促进了 CO2从催化剂表面释放出的气泡非常小。Pd-nanoarray@CP具有特定的纳米阵列形态、优越的水下超疏水性和快速的气泡释放等优点，显示出快速的电荷/质量传输速率、高电催化活性和对FAO的稳定性。在微流控平台上成功制造了配备 Pd-nanoarray@CP 阳极的直接甲酸燃料电池。峰值功率密度为 35.8 mW cm ^-2，极限电流密度为 173.3 mA cm^-2分别获得了比传统 Pd 黑阳极高 49.2% 和 33.0% 的结果。具有超疏水界面的电极可以更深入地了解FAO效率的机制，并为商业上可行的 DFAFC 的可能应用带来希望。
 
 
Figure 1. a-d) 超厌氧蕨形 Pd-nanoarray@CP 电极的合成示意图；e-g) 不同放大倍数的 SEM 图像；h) XRD图谱；i) 水接触角；j) Pd-nanoarray@CP电极的气泡接触角。
 
 
Figre 2. a) 0.5 M H2SO4溶液中的CV曲线 ；b) ECSA 区域；c) 0.1 M H₂SO₄  + 0.1 M HCOOH 溶液中的 CV 曲线；d) FAO的活性；e) 在 0.3 V 下，在0.5 M H₂SO₄  + 0.5 M HCOOH溶液中测量并使用等效电路模型（插入）进行分析的奈奎斯特图和 f) Pd-nanoarray@CP 电极在不同催化剂负载下的质量归一化 ECSA 值。
 
 
Figure 3. 制备的 Pd-nanoarray@CP 电极的 SEM 图像，催化剂负载量为 a) 0.21 mg，b) 0.315 mg，c) 0.42 mg，d) 0.63 mg。
 
 
Figure 4. a,c,e) Pd-black@CP 和 b,d,f) Pd-nanoarray@CP 电极表面的尺寸分布、释放气泡示意图和 SEM 图像。(a,b) 插图中的比例尺为 5.0 mm。
 
 
Figure 5. 在0.1 M H₂SO₄  + 0.1 M HCOOH溶液中测量的 CV 曲线，分别归一化为 a) 金属负载和 b) ECSA 值；c) Pd-nanoarray@CP 和 Pd-black@CP 电极对 FAO 反应的 Tafel 图，来自于在 0.1 M H₂SO₄  + 0.1 M HCOOH 溶液中测量的线性扫描伏安图；d) 两个电极的奈奎斯特图，在0.5 M H₂SO₄  + 0.5 M HCOOH中测量0.3 V 的 HCOOH 溶液并使用等效电路模型进行分析；e) Pd-nanoarray@CP电极的峰值电流密度与扫描速率平方根的关系； f) 在 0.4 V 的 0.1 M H₂SO₄  + 0.1 M HCOOH 溶液中测量的两个电极上 FAO 反应的 CA 曲线。
 
 
Figure 6. a) AMFC架构示意图；b,c) AMFC 与 Pd-nanoarray@CP 和Pd-black@CP 阳极的电池性能比较。d) 将这项工作的最大功率密度与近年来使用甲酸作为燃料的吸气式微流体燃料电池的文献数据进行比较。
 
      相关研究工作由重庆大学Qiang Liao课题组于2022年在线发表于《Advanced Functional Materials》期刊上，原文：Novel Superaerophobic Anode with Fern-Shaped Pd Nanoarray for High-Performance Direct Formic Acid Fuel Cell。

转自《石墨烯研究》公众号