Enhanced Electrocatalytic Stability of Platinum Nanoparticles Supported on Sulfur-Doped Carbon using in-situ Solution Plasma

材料科学 铂金 碳纤维 纳米颗粒 化学工程 铂纳米粒子 电化学 硫黄 兴奋剂 纳米技术 无机化学 电极 催化作用 化学 复合材料 有机化学 复合数 冶金 光电子学 物理化学 工程类
作者
Oi Lun Li,Zhicong Shi,Hoonseung Lee,Takahiro Ishizaki
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:45
标识
DOI:10.1038/s41598-019-49194-x
摘要

Abstract The metal-air battery is a form of renewable energy generation technology that produces energy electrochemically and can address energy concerns in the near future. However, state-of-the-art Pt electrocatalysts often suffer from agglomeration or detachment from carbon supports under prolonged operation, eventually limiting the long-term utilization of metal-air batteries. In this work, Pt nanoparticles were deposited on sulfur-doped nanocarbon to increase its stability. We first synthesized sulfur-doped (S-doped) and pristine carbon as support materials via a plasma process, and thereafter loaded platinum (Pt) nanoparticles onto the S-doped and pristine carbon matrix. From a sintering test at 600 °C, the Pt nanoparticles supported on pristine carbon increased from 2.4 to 5.2 nm; meanwhile, the average size of Pt NPs supported on S-doped carbon only increased from 2.2 to 2.51 nm. From the electrochemical analyses, the mass activity of Pt on pristine and S-doped carbon supports decreased by 25% and 10%, respectively, after 1500 cycles. The results proposed that the sulfide C–S–C bond provided a strong platinum-S-doped carbon support interaction between the support materials and the loaded Pt nanoparticles. Thus, S-doped carbon supports can serve as a stabilizer of Pt nanoparticles to enhance their durability in the application of metal-air batteries and other electrochemical devices.

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