Characterization of doping atoms (Ta, Nb) in advanced PEM fuel cell supports and catalysts as well as of the surface-solvent interaction of laser-generated Pt nanoparticles : A XAFS study
Notice bibliographique
Résumé
PEM fuel cells are an interesting energy source for mobile applications. Efforts to improve their weaknesses cost, performance, and durability include improving the catalysts’ supports. Encouraging approaches are C-TiO2 hybrid and core-shell supports whereas titanium dioxide is commonly doped to increase its electric conductivity. In this thesis I studied the impact of Ta-/Nb- co-doping on a TiO2 nano-support, C-TiO2 hybrid/core-shell supports made by adding two kinds of carbon black and a Pt-TiO2 catalyst-support unit. XANES results show that both dopants replaced Ti atoms and are statistically distributed in their respective TiO2 host structure (which is either predominantly rutile or anatase). There is also evidence of interaction between these dopants and both the carbon supports as well as Pt catalyst, most likely via bridging oxygen atoms. EXAFS analysis reveals that Nb incorporation did distort the TiO2 host structure of at least one sample to a greater extent compared to Ta incorporation. The core-shell support displays the highest degree of disorder and smallest particle size, which is most likely correlated. Reduction/oxidation experiments show that Pt atoms in PtPd nano-catalysts supported on C-TiO2 hybrid nano-supports have a low affinity for oxidation and are easily reduced. Pulsed laser ablation in liquid (PLAL) has proven its usefulness as a nanoparticle (NP) synthesis method alternative to traditional chemical reduction methods. Additive-free Pt NPs were synthesized by PLAL and their interaction characterized in situ with H2O, a sodium phosphate buffer and sodium citrate as well as a TiO2 support. XANES results indicate that the respective NP-solvent interaction varies in strength. The ions added ex situ diffuse through the particles’ electric double layer and interact electrostatically with the Stern plane. Consequently, these ions weaken the interaction of the functional OH-groups which are bound to the partially oxidized platinum surfaces and cause their partial reduction. Comparing XANES/EXAFS spectra of laser-generated with wet-chemically synthesized Pt NPs indicate different types of Pt-O bonds: a Pt(IV)O2-type in case of wet-chemical and a Pt(II)O-type in case of laser-generated NPs. A comparison of unsupported laser-generated platinum NPs in H2O with TiO2-supported ones shows no whiteline intensity differences and also an identical number of Pt-O bonds in both cases. This suggests that in the deposition process at least part of the double layer coating stays intact and that the ligand-free particle properties are preserved.
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| 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 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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