Pd Nanoparticles-Decorated Three-Dimensional Hierarchical Structure SnO2/rGO@Ni Foam Self-Supporting Electrode for Direct Borohydride-Hydrogen Peroxide Fuel Cells

过氧化氢 硼氢化 材料科学 电极 燃料电池 化学工程 纳米颗粒 纳米技术 催化作用 化学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Wurigamula He,Lili Wang,Duanduan Yin,Li Wang,Huan Liu,Wensheng Yu,Xiangting Dong
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c04069
摘要

Developing efficient bifunctional electrocatalysts is crucial for improving the performance of direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cells (DBHPFCs). Here, we present a rational design of a three-dimensional (3D) hierarchically structured Pd/SnO2/rGO@Ni foam (Pd/SnO2/rGO@NF) self-supporting electrocatalyst. The fabrication process begins with the coating of two-dimensional rGO nanosheets onto the surface of the nickel foam (NF) skeleton through a simple impregnation method. Subsequently, SnO2 nanorods are vertically grown via a hydrothermal method, followed by the uniform dispersion of Pd nanoparticles using a chemical reduction technique, thus forming the hierarchical Pd/SnO2/rGO@NF electrocatalyst. The Pd/SnO2/rGO@NF electrocatalyst demonstrates excellent bifunctional performance, facilitating both hydrogen peroxide (H2O2) electroreduction in acidic and basic media and sodium borohydride (NaBH4) electrooxidation in basic media. The Pd/SnO2/rGO@NF electrocatalyst achieves a remarkable H2O2 reduction current density of 749 mA cm–2 at −1.5 V in acidic media (408 mA cm–2 at 0.4 V in basic media) and a NaBH4 oxidation current density of 450 mA cm–2 at 0.8 V in basic media. When implemented in a DBHPFC, the Pd/SnO2/rGO@NF electrocatalyst shows a peak power density of 116.5 mW cm–2. The exceptional electrochemical performances of this optimal electrocatalyst are primarily attributed to its distinct hierarchical structure and the efficient application of Pd nanocomposites. These results suggest that the 3D hierarchical structured Pd/SnO2/rGO@NF self-supporting electrocatalyst may serve as a potential candidate for use as a bifunctional electrocatalyst.

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