NiCuCo2O4 Supported Ni–Cu Ion-Exchanged Mesoporous Zeolite Heteronano Architecture: An Efficient, Stable, and Economical Nonprecious Electrocatalyst for Methanol Oxidation

电催化剂 沸石 介孔材料 甲醇 尖晶石 无机化学 材料科学 ZSM-5型 催化作用 离子交换 化学工程 离子 化学 电化学 电极 物理化学 冶金 有机化学 工程类
作者
Subhajyoti Samanta,Kousik Bhunia,Debabrata Pradhan,Biswarup Satpati,Rajendra Srivastava
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:6 (2): 2023-2036 被引量:59
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.7b03444
摘要

A unique strategy to obtain highly efficient electrocatalysts based on the spinel Ni0.5Cu0.5Co2O4 and mesoporous ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil-5) is reported here for methanol oxidation in an alkaline medium. To develop an efficient catalyst, Ni2+–Cu2+ ion-exchanged mesoporous ZSM-5 and Ni0.5Cu0.5Co2O4 are prepared. 30 wt % of Ni0.5Cu0.5Co2O4 decorated Ni2+–Cu2+ ion-exchanged mesoporous ZSM-5 exhibits exceptionally higher catalytic activity with reasonably low onset potential than that of Ni0.5Cu0.5Co2O4, NiCo2O4, CuCo2O4, and Ni2+–Cu2+ ion-exchanged mesoporous ZSM-5. Electrochemical oxidation of HCHO and HCOOH also takes place over this catalyst at the same condition. The material exhibits high current density (21.4 mA/cm2) and stable electrocatalytic activity (with 99% retention) even after 1000 potential cycles. However, the benchmark catalyst Pt(20%)/C exhibits low activity (1.6 mA/cm2) and significant deactivation phenomenon (with 25% activity retention) at the identical condition. The cooperative contributions provided by Ni0.5Cu0.5Co2O4 and Ni2+–Cu2+ ion-exchanged mesoporous ZSM-5 support having Brönsted acidity, large external surface area, and intercrystalline mesoporosity deliver excellent electrocatalytic activity. The ease of synthesis, scale-up, stable and exceptional electrocatalytic activity paves the path toward the development of highly efficient alkaline direct methanol fuel cells.
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