直接甲酸燃料電池（DFAFCs）具有高功率密度和理論電池潛力的優(yōu)點(diǎn)。探索用于電化學(xué)甲酸電氧化 (FAO) 的穩(wěn)健催化劑對于 DFAFC 的廣泛吸收至關(guān)重要。然而，許多具有吸引力催化劑的電極由于其表面的CO2氣泡生長緩慢和偏離步驟而遭受有限的質(zhì)量傳遞。在這項(xiàng)研究中，通過在碳紙上沉積蕨狀鈀納米結(jié)構(gòu)陣列（Pd-nanoarray@CP）開發(fā)了一種超疏氧電極。其獨(dú)特的超疏氧特性成功地促進(jìn)了 CO2從催化劑表面釋放出的氣泡非常小。Pd-nanoarray@CP具有特定的納米陣列形態(tài)、優(yōu)越的水下超疏水性和快速的氣泡釋放等優(yōu)點(diǎn)，顯示出快速的電荷/質(zhì)量傳輸速率、高電催化活性和對FAO的穩(wěn)定性。在微流控平臺(tái)上成功制造了配備 Pd-nanoarray@CP 陽極的直接甲酸燃料電池。峰值功率密度為 35.8 mW cm
-2，極限電流密度為 173.3 mA cm
-2分別獲得了比傳統(tǒng) Pd 黑陽極高 49.2% 和 33.0% 的結(jié)果。具有超疏水界面的電極可以更深入地了解FAO效率的機(jī)制，并為商業(yè)上可行的 DFAFC 的可能應(yīng)用帶來希望。
Figure 1. a-d) 超厭氧蕨形 Pd-nanoarray@CP 電極的合成示意圖；e-g) 不同放大倍數(shù)的 SEM 圖像；h) XRD圖譜；i) 水接觸角；j) Pd-nanoarray@CP電極的氣泡接觸角。
Figre 2. a) 0.5 M H2SO4溶液中的CV曲線 ；b) ECSA 區(qū)域；c) 0.1 M H
2SO
4 + 0.1 M HCOOH 溶液中的 CV 曲線；d) FAO的活性；e) 在 0.3 V 下，在0.5 M H
2SO
4 + 0.5 M HCOOH溶液中測量并使用等效電路模型（插入）進(jìn)行分析的奈奎斯特圖和 f) Pd-nanoarray@CP 電極在不同催化劑負(fù)載下的質(zhì)量歸一化 ECSA 值。
Figure 3. 制備的 Pd-nanoarray@CP 電極的 SEM 圖像，催化劑負(fù)載量為 a) 0.21 mg，b) 0.315 mg，c) 0.42 mg，d) 0.63 mg。
Figure 4. a,c,e) Pd-black@CP 和 b,d,f) Pd-nanoarray@CP 電極表面的尺寸分布、釋放氣泡示意圖和 SEM 圖像。(a,b) 插圖中的比例尺為 5.0 mm。
Figure 5. 在0.1 M H
2SO
4 + 0.1 M HCOOH溶液中測量的 CV 曲線，分別歸一化為 a) 金屬負(fù)載和 b) ECSA 值；c) Pd-nanoarray@CP 和 Pd-black@CP 電極對 FAO 反應(yīng)的 Tafel 圖，來自于在 0.1 M H
2SO
4 + 0.1 M HCOOH 溶液中測量的線性掃描伏安圖；d) 兩個(gè)電極的奈奎斯特圖，在0.5 M H
2SO
4 + 0.5 M HCOOH中測量0.3 V 的 HCOOH 溶液并使用等效電路模型進(jìn)行分析；e) Pd-nanoarray@CP電極的峰值電流密度與掃描速率平方根的關(guān)系； f) 在 0.4 V 的 0.1 M H
2SO
4 + 0.1 M HCOOH 溶液中測量的兩個(gè)電極上 FAO 反應(yīng)的 CA 曲線。
Figure 6. a) AMFC架構(gòu)示意圖；b,c) AMFC 與 Pd-nanoarray@CP 和Pd-black@CP 陽極的電池性能比較。d) 將這項(xiàng)工作的最大功率密度與近年來使用甲酸作為燃料的吸氣式微流體燃料電池的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
相關(guān)研究工作由重慶大學(xué)Qiang Liao課題組于2022年在線發(fā)表于《Advanced Functional Materials》期刊上，原文：Novel Superaerophobic Anode with Fern-Shaped Pd Nanoarray for High-Performance Direct Formic Acid Fuel Cell。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
