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Enregistrement W4285399796 · doi:10.1149/ma2022-01351521mtgabs

Transition Metal and Nitrogen-Doped Mesoporous Carbons As Cathode Catalysts for Anion-Exchange Membrane Fuel Cells

2022· article· en· W4285399796 sur OpenAlexaff
Jaana Lilloja, Elo Kibena‐Põldsepp, Ave Sarapuu, Maike Käärik, Jekaterina Kozlova, Päärn Paiste, Arvo Kikas, Alexey Treshchalov, Jaan Leis, Aile Tamm, Vambola Kisand, Steven Holdcroft, Kaido Tammeveski

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésCatalysisMaterials scienceProton exchange membrane fuel cellChemical engineeringMesoporous materialCarbon fibersInorganic chemistryTransition metalChemistryOrganic chemistryComposite material

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Energy is an essential part of our lives and causes significant impact on the environment. As hydrogen is clean, cost-efficient and easily producible, then it is believed to become an essential player in the energy field.1 The proton exchange membrane fuel cells fueled by hydrogen are already used in the transport sector, but their further commercialization is limited by the excess usage of precious metals. To ease the search for replacements, the harsh acidic environment can be changed to alkaline, thus giving opportunity to use non-precious metal catalysts.2 Especially for the cathodic oxygen reduction reaction (ORR), different transition metal-containing nitrogen-doped carbon-based materials have shown great promise.3 This gives an opportunity for the rise of anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs) as future hydrogen-based energy devices.2,3 In this work, a novel catalyst support based on mesoporous carbon (MPC, from Pajarito Powder, LLC) is used to produce M−N−C type catalyst materials. Such mesoporous structure is useful for better mass transport in the catalyst layer during AEMFC operation. This MPC support is mixed with 1,10-phenanthroline as nitrogen source and transition metal acetates, followed by high-temperature pyrolysis at 800 °C in an inert atmosphere. Five M-N-C materials are prepared with the following transition metal combinations: Co, Fe, CoFe, CoMn, and FeMn. Several physico-chemical characterization methods (SEM-EDX, STEM, XPS, MP-AES, Raman spectroscopy, and N2 physisorption) are employed to study the materials. These indeed proved that all five catalyst materials have feasible mesoporous structure (pore diameters predominantly 7-8 and 25-35 nm) and the doping with transition metals (content ca. 1 wt%) and nitrogen (ca. 2.3 at%) has been a success. The electrochemical testing to study the ORR pathway and activity of these materials in alkaline media was done using the RRDE method. CoFe-N-MPC, Fe-N-MPC and FeMn-N-MPC catalysts showed similar and excellent electrocatalytic performance by obtaining half-wave potential of 0.9 V vs RHE. The lowest peroxide yield was obtained with Fe-N-MPC and FeMn-N-MPC. The latter two catalyst materials also showed very good performance as cathode catalysts in an H2/O2 AEMFC together with an HMT-PMBI4 membrane, obtaining peak power density of >470 mW cm–2. This indicates that the M-N-MPC materials are promising cathode catalysts for the AEMFC application. References Nazir, H.; Louis, C.; Jose, S.; Prakash, J.; Muthuswamy, N.; Buan, M.E.M.; Flox, C.; Chavan, S.; Shi, X.; Kauranen, P.; Kallio, T.; Maia, G.: Tammeveski, K.; Lymperopoulos, N.; Carcadea, E.; Veziroglu, E.; Iranzo, A.; Kannan, A.M. Is the H2 economy realizable in the foreseeable future? Part I: H2 production methods. J. Hydrogen Energy 2020, 45, 13777-13788, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.03.092 Gottesfeld, S.; Dekel, D. R.; Page, M.; Bae, C.; Yan, Y. S.; Zelenay, P.; Kim, Y. S. Anion exchange membrane fuel cells: current status and remaining challenges. Power Sources 2018, 375, 170-184, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2017.08.010 Sarapuu, A.; Kibena-Põldsepp, E.; Borghei, M.; Tammeveski, K. Electrocatalysis of oxygen reduction on heteroatom-doped nanocarbons and transition metal–nitrogen–carbon catalysts for alkaline membrane fuel cells. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 776-804, DOI: 10.1039/C7TA08690C. Wright, A.G.; Fan, J.T.; Britton, B.; Weissbach, T.; Lee, H.F.; Kitching, E.A.; Peckham, T.J.; Holdcroft, S. Hexamethyl-p-terphenyl poly(benzimidazolium): a universal hydroxide-conducting polymer for energy conversion devices. Energy Environ. Sci., 2016, 9, 2130-2142, DOI: 10.1039/C6EE00656F.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,004

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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.

Tête enseignante Opus0,009
Tête enseignante GPT0,206
Écart entre enseignants0,197 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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