Radiofrequency Plasma‐Assisted Pulsed Laser Deposited Pt/TiOxNy Coatings on Multi‐Walled Carbon Nanotubes as Gas Diffusion Electrodes for the Oxygen Reduction Reaction

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作者
Elmira Pajootan,Sammie Amin Alolabi,Sasha Omanovic,Sylvain Coulombe
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:7 (11) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/admt.202200196
摘要

Abstract This study reports on the fabrication and characterization of novel multilayered electrocatalyst nanostructures for the oxygen reduction reaction (ORR). Thin titanium oxynitride (TiO x N y ) coatings are deposited on a forest of multi‐walled carbon nanotubes (MWCNTs), directly grown on a stainless‐steel mesh, by capacitively coupled radiofrequency plasma‐assisted pulsed laser deposition (RF‐PAPLD) in a N 2 environment. The resulting high‐surface‐area binder‐free electrode is further coated with a low quantity of well‐dispersed Pt nanoparticles (NPs) by PLD in an inert atmosphere. High‐speed imaging of the laser‐induced plasma expansion provided evidence of a higher kinetics of the expanding plume at higher RF plasma powers, changing the morphology of the TiO x N y coatings. X‐ray photoelectron spectroscopy demonstrated that the coatings are homogeneous throughout their thickness, where the TiN, TiON, and TiO bonds exist in all samples. The oxygen content of the coating increases with the RF plasma power. Both TiO x N y /MWCNT and Pt/TiO x N y /MWCNT nanostructures are tested in a gas diffusion electrode setup to evaluate their activity in the ORR. The results showed the superior activity of the Pt/TiO x N y ‐0.03 Torr‐30 W/MWCNT, reaching the highest current density of 180 mA cm −2 , while the commercial Pt/C electrode with the same Pt loading yielded 105 mA cm −2 at the potential of 0.5 V.
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