Silicon Doping Titanium Dioxide to Produce Highly Conductive and Durable Catalyst Supports for Fuel Cells
Notice bibliographique
Résumé
The demand for clean energy has increased significantly over the last few decades with technological advancements. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are one such advancement with reportedly high efficiencies. Indeed, extensive research and development on all aspects regarding this technology has been done over the past two decades. However, this technology still requires more advanced electrode materials. Platinum (Pt), which exhibits high activity in the oxygen reduction reaction (ORR), is the most common and efficient electrocatalyst used in anode and cathode materials in PEMFCs. Pt is a noble metal, expensive and limited in supply. In order to maximize the efficiency of the Pt catalyst, supporting materials onto which the Pt catalyst is dispersed can play a crucial role. Traditionally, Pt nanoparticles (NPs) are dispersed onto high surface area carbonaceous materials (Pt/C) to maximize the efficiency of Pt catalyst. However, carbon is known to suffer from electrochemical degradation (ie. carbon corrosion) under harsh conditions of PEMFC, resulting in either/or Pt agglomeration and dissolution, decreasing the electroactivity of Pt catalyst. Metal oxides, such as TiO 2 , Nb 2 O 5 , and SiO 2 , have been extensively studied as alternative fuel cell catalyst supports to carbon-based materials for the ORR. Metal oxides are cheap, corrosion-resistant, and possess a large surface area. Unfortunately, these metal oxides are semi-conductive, making them impractical for fuel cell materials. Recently, there has been great interest to develop metal oxides with high electrical conductivity for fuel cell application. Among all conductive metal oxides, titanium suboxides (Ti x O 2x-1 ) have shown great promise as replacements for carbon-supporting material in fuel cells. Herein, we are reporting an advanced, highly conductive metal oxide through Si-doping TiO 2 , yielding Ti 3 O 5 -Si (hereinafter referred to as TOS). The resulting Pt/TOS catalyst support exhibits remarkable electroactivity and durability toward the oxygen reduction reaction (ORR). Also, under advanced stability protocols including startup-shutdown and load-cycling, Pt/TOS demonstrates high stability and durability compared to commercial Pt/C (see Figure 1). This enhanced electroactivity and stability of Pt/TOS is attributed to the strong metal-support interaction (SMSI) occurring through electron donation from TOS support to the Pt nanoparticles. Figure 1
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».