Catalysis of CO Electrooxidation at Pt, Ru, and PtRu Alloy. An in Situ FTIR Study

Lin, Wen‐Feng; Iwasita, T.; Vielstich, W.

doi:10.1021/jp984491+

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“…This is in marked contrast to the polycrystalline Ru electrode, where all the adsorbed CO was eliminated during first potential cycle up to 900 mV [43,44]. In order to explain the CV data, and to get an insight into the CO structure on the Ru(0001) electrode, in-situ FTIR studies were performed.…”

Section: Co Adsorption and Oxidation: Structure Reactivity And Reactmentioning

confidence: 99%

Combined studies of DFT atomistic modelling and in situ FTIR spectroscopy on surface oxidants and CO oxidation at Ru electrodes

Liu¹,

Jin²,

Hardacre³

et al. 2013

Journal of Electroanalytical Chemistry

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Combined studies of DFT atomistic modelling and in-situ FTIR spectroscopy on surface oxidants and CO oxidation at Ru electrodes, Journal of Electroanalytical Chemistry (2012), doi: http://dx.doi.org/10. 1016/j.jelechem.2012.10.027 This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication. As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript. The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting proof before it is published in its final form. Please note that during the production process errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the journal pertain. Combined studies of DFT atomistic modelling and in-situ ABSTRACTWe report the combined studies of density functional theory (DFT) calculations and electrochemical in-situ FTIR spectroscopy on surface oxidants and mechanisms of CO oxidation at the Ru(0001) electrodes. It is shown that CO can co-adsorb with both O and OH species at lower potential region where a low coverage of the (2 x 2)-O/OH adlayer formed; the oxidation of CO adsorbates takes place at higher potentials where a high coverage of the (1 x 1)-O/OH adlayer formed. Surface O species are not the active oxidants under all coverages studied, due to the high reaction barriers between CO and O (> 1 eV). However, surface OH species with higher coverage are identified as the active oxidants, and CO oxidation takes place via a two-steps' mechanism of CO + 3OH  COOH +2OH  CO 2 + H 2 O + OH, in which three nearby OH species are involved in the CO 2 formation: CO reacts with OH, forming COOH; COOH then transfers the H to a nearby OH to form H 2 O and CO 2 , at the same time, another H in the H 2 O transfers to a nearby OH to form a weak adsorbed H 2 O and a new OH. The reaction barrier of these processes is reduced significantly to around 0.50 eV. These new results not only provide an insight into surface active oxidants on Ru, which is directly relevant to fuel cell catalysis, but also reveals the extra complexity of catalytic reactions taking place at solid/liquid electrochemical interface in comparison to the relatively simpler ones at solid/gas phase.

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Section: Co Adsorption and Oxidation: Structure Reactivity And Reactmentioning

confidence: 99%

Combined studies of DFT atomistic modelling and in situ FTIR spectroscopy on surface oxidants and CO oxidation at Ru electrodes

Liu¹,

Jin²,

Hardacre³

et al. 2013

Journal of Electroanalytical Chemistry

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“…Os resultados da Figura 4 mostram que ainda que possa ter ocorrido uma pequena segregação de Pt na superfície (Figura 3), os átomos superficiais de Ru são suficientes para que qualquer CO adsorvido exclusivamente sobre Pt seja oxidado em potencial inferior ao usualmente encontrado 6 . Este é o princípio do mecanismo bifuncional, mostrado abaixo, onde as espécies óxi-hidróxi são formadas sobre os átomos de Ru em potenciais inferiores ao da Pt: …”

Section: Efeito Da Temperatura De Tratamentounclassified

“…Um fato importante observado por meio destes resultados é a ausência total de picos de oxidação do CO adsorvido sobre Pt, que para Pt/C aparece ao redor de 0,7 V vs. ERH 6 , fato que tem sido explicado pela ocorrência do mecanismo Langmuir/Hinshelwood 18 (reação R3), verificando-se que o CO adsorvido sobre Pt é removido com o auxílio de átomos de Ru vizinhos.…”

Section: Efeito Da Temperatura De Tratamentounclassified

“…Para resolver este problema, tem sido proposta na literatura a utilização de ligas bimetálicas de Pt, na qual a presença do segundo metal leva ao aumento da tolerância ao CO por meio de dois processos principais [6][7][8][9][10] : o mecanismo bifuncional e o efeito eletrônico. O mecanismo bifuncional atua na reação de oxidação do CO adsorvido devido à formação de espécies oxi-hidróxi em potenciais menores que aqueles necessá-rios para Pt, sendo fundamental a presença de tais espécies para a eliminação do CO como CO 2 8,11 .…”

Section: Introductionunclassified

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Estudo do efeito de tratamentos térmicos em catalisadores de PtRu/C frente à reação de oxidação de hidrogênio na presença de CO

Lopes¹,

Ticianelli²

2007

Quím. Nova

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Recebido em 30/8/06; aceito em 18/1/07; publicado na web em 30/7/07 STUDY OF THE EFFECT OF THERMAL TREATMENTS OF PtRu/C CATALYSTS ON THE HYDROGEN OXIDATION REACTION IN THE PRESENCE OF CO. In this work the effects of time and temperature of thermal treatments under reducing atmosphere (H 2 ) on PtRu/C catalysts for the hydrogen oxidation reaction (HOR) in the presence of CO on a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) single cells have been studied. It can be seen that the increase of the treatment temperature leads to an increasing sintering of the catalyst particles with reduction of the active area, although the catalyst treated at 550 ºC presents more CO tolerance for the HOR.Keywords: electrocatalysis; thermal treatment; CO tolerance. INTRODUÇÃOAs células a combustível são sistemas que convertem a energia química de um combustível (H 2 , Met-OH, Et-OH etc.) e um oxidante (O 2 ) em energia elétrica e calor [1][2][3] . Dentre os diversos tipos de célu-las existentes, aquelas que contêm uma membrana de troca protônica como eletrólito (PEMFC) apresentam grande destaque devido à geração de altas densidades de potência em baixas temperaturas (< 130 ºC) e à possibilidade de aplicações móveis e portáteis.Porém, a utilização de hidrogênio proveniente de reforma compromete o desempenho da célula devido à presença de traços de CO o qual, via adsorção sobre a superfície catalítica (Pt dispersa em carbono, Pt/C), acaba por bloquear os sítios necessários à reação de oxidação de hidrogênio (ROH) 4,5 . Para resolver este problema, tem sido proposta na literatura a utilização de ligas bimetálicas de Pt, na qual a presença do segundo metal leva ao aumento da tolerância ao CO por meio de dois processos principais [6][7][8][9][10] : o mecanismo bifuncional e o efeito eletrônico. O mecanismo bifuncional atua na reação de oxidação do CO adsorvido devido à formação de espécies oxi-hidróxi em potenciais menores que aqueles necessá-rios para Pt, sendo fundamental a presença de tais espécies para a eliminação do CO como CO 2 8,11 . Assim, o mecanismo bifuncional é essencialmente relacionado ao mecanismo de oxidação do CO. O efeito eletrônico relaciona-se ao deslocamento da energia da banda 5d da Pt, o que pode levar ao enfraquecimento da adsorção do CO na superfície 10,12 . No entanto, apesar de ser notável a presença de ambos os fatores no aumento da tolerância ao CO, ainda permanece a dúvida quanto ao processo mais efetivo.Dessa forma, muitos autores afirmam que tratamentos térmicos nos catalisadores em determinadas atmosferas ajudam a promover a segregação do átomo que possui maior afinidade pela atmosfera empregada 8,[11][12][13][14]

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“…In this context, several approaches have been attempted to reduce the CO poisoning [104][105][106]. [117].…”

Section: Co Tolerant Catalystsmentioning

confidence: 99%

Components for PEM Fuel Cells: An Overview

Maiyalagan

Pasupathi

2010

MSF

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Abstract. Fuel cells, as devices for direct conversion of the chemical energy of a fuel into electricity by electrochemical reactions, are among the key enabling technologies for the transition to a hydrogen-based economy. Among the various types of fuel cells, polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) are considered to be at the forefront for commercialization for portable and transportation applications because of their high energy conversion efficiency and low pollutant emission. Cost and durability of PEMFCs are the two major challenges that need to be addressed to facilitate their commercialization. The properties of the membrane electrode assembly (MEA) have a direct impact on both cost and durability of a PEMFC.An overview is presented on the key components of the PEMFC MEA.. The success of the MEA and thereby PEMFC technology is believed to depend largely on two key materials: the membrane and the electro-catalyst. These two key materials are directly linked to the major challenges faced in PEMFC, namely, the performance, and cost. Concerted efforts are conducted globally for the past couple of decades to address these challenges. This chapter aims to provide the reader an overview of the major research findings to date on the key components of a PEMFC MEA.

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Catalysis of CO Electrooxidation at Pt, Ru, and PtRu Alloy. An in Situ FTIR Study

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Combined studies of DFT atomistic modelling and in situ FTIR spectroscopy on surface oxidants and CO oxidation at Ru electrodes

Combined studies of DFT atomistic modelling and in situ FTIR spectroscopy on surface oxidants and CO oxidation at Ru electrodes

Estudo do efeito de tratamentos térmicos em catalisadores de PtRu/C frente à reação de oxidação de hidrogênio na presença de CO

Components for PEM Fuel Cells: An Overview

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