作为质子交换膜燃料电池（PEMFCs）的碳基支撑物的替代品，坚固的陶瓷支撑物已经引起了极大的关注。然而，由于它们的导电性，它们的电催化活性比碳基支持物低。在这里，SiC纳米粉末被外延石墨烯修饰，并被评估为质子交换膜燃料电池中铂的支撑物。咖啡渣被用作碳源，不仅提高了石墨烯修饰的SiC支持物的电催化活性，而且还证明了利用和商业化这种广泛使用的废物的可行性。铂装饰的陶瓷支架在加速电化学条件下提供了更高的耐久性和性能。
 
图1. (a) 合成SiC/G@Pt催化剂的过程示意图。在SiC纳米粉末的存在下，从咖啡渣中蒸发出碳源，如CH4（g）和CO（g）（步骤1），然后，C（s）原子沉积在SiC纳米颗粒表面（步骤2）。功能化的石墨烯层在相对较低的温度下重新排列和结晶后在SiC上形成（步骤3）。最后，铂金纳米粒子被沉积在SiC/G的表面（步骤4）。(b) 材料的XRD图案： (c) 合成的SiC/G和SiC/G@Pt样品的拉曼光谱。(d) SiC/G@Pt和商业Pt/C的铂4f峰的高分辨率XPS分析 (d) SiC/G的TEM图像。(e) SiC/G@Pt的TEM图像和SiC、C和Pt的快速傅里叶变换（FFT）衍射图以及SiC/G@Pt的EDS元素图。
 
图2. SiC/G@Pt（上）和Pt/C催化剂（下）在0.1M HClO4中进行5000次ADT循环前后的电化学分析：（a，d）CV曲线；（b，e）ORR极化曲线；以及（c，f）0.9V时的质量活性（红色）和比活性（蓝色）。
 
图3. PEMFCs中SiC/G@Pt和Pt/C催化剂的电化学性能。(a)I-V极化曲线，(b)用于确定欧姆电阻的I-V曲线a部分的线性部分，以及(c)5000次循环之前和之后的欧姆电阻。
 
图4：（a）I-V极化和功率密度曲线；（b）使用SiC/G@Pt的多边环境协定在ADT后的TEM图像。(c) SiC/G@Pt耐用性的机制示意图。 SiC表面上类似于rGO的功能层提供了导电性。此外，由于SiC具有良好的化学和机械性能，在PEMFCs的工作条件下，SiC被保持为坚固的支撑。
 
      相关研究成果由韩国陶瓷工程和技术研究所Tae Ho Shin和韩国技术与教育大学Soon-Mok Choi等人2023年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号