Achieving High Activity and Stability of Carbon Supported Pd-Cu Alloyed Catalysts for Fuel Cell Applications

催化作用 材料科学 限制电流 电化学 合金 微晶 碳纤维 原电池 相(物质) 摩尔比 纳米颗粒 核化学 冶金 化学 纳米技术 电极 物理化学 复合数 复合材料 有机化学 生物化学
作者
Qing Gong,Shuiping Gong,Tengfei Zhang,Xuan Cheng,Hengyi Li
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:166 (13): F906-F913 被引量:10
标识
DOI:10.1149/2.1061912jes
摘要

The carbon supported palladium-copper alloyed catalysts (Pd-Cu/C) were synthesized by a facile two-step method with different molar ratios of Cu to Pd (Cu/Pd), namely, Cu/Pd = 2.0, 3.0, 4.0, and 5.0. The Cu nanoparticles were obtained by microwave assisted method, and followed by galvanic substitution of Pd on Cu nanoparticles. The as-prepared Pd-Cu/C exhibited mainly fcc phase with the average crystallite sizes ranging 4.0∼4.5 nm by varying Cu/Pd ratios of 2.0∼5.0. The degree of Pd-Cu alloying was significantly influenced by Cu/Pd ratios, which ultimately affected the activity toward oxygen reduction reaction (ORR) and stability of Pd-Cu/C. The best ORR activity with good stability was obtained for the Pd-Cu/C prepared with Cu/Pd = 4.0 owing to the formation of fcc PdCu alloy structure. The half-wave potentials (E1/2) reached 0.76 and 0.86 V (vs. RHE) in HClO4 and KOH solutions, respectively, which were comparable to those of commercial Pt/C, while the E1/2 values remained virtually unchanged after 1000 cycles. However, the limiting current density decreased by 12.7% in HClO4, resulted in 58.5% loss of electrochemical surface area due mainly to Pd-Cu dealloying. The maximum power densities of 315 and 181 mW⋅cm−2 were achieved with Pd-Cu/C at 0.10 mg Pd·cm−2 in the H2/O2 and H2/air single cells, respectively.

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