Name: simple methods for the preparation of non-noble metal bulk-electrodes for electrocatalytic applications
Uploaded: 2017-06-21T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simple Methods for the Preparation of Non-noble Metal Bulk-electrodes for Electrocatalytic Applications at JoVE.com

Мы благодарим Б. Конкену и У. Шумана за ценные научные обсуждения. Финансовая поддержка Фондами химической промышленности (грант Liebig для U.-PA) и Deutsche Forschungsgemeinschaft (грант Emmy Noether для U.-PA, AP242 / 2-1).

1. Высокотемпературный синтез Fe 4,5 Ni 4,5 S 8 ПРИМЕЧАНИЕ. Описанная здесь процедура синтеза Fe 4,5 Ni 4,5 S 8 взята из литературы. 8 , 10 Строгое применение сообщаемых отопительных рампов имеет большое значение для пре...

<ol>
	<li>May, M. M., Lewerenz, H. -. J., Lackner, D., Dimroth, F., Hannappel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+direct+solar-to-hydrogen+conversion+by+in+situ+interface+transformation+of+a+tandem+structure.">Efficient direct solar-to-hydrogen conversion by in situ interface transformation of a tandem structure.</a> Nat Comm. 6, 8286 (2015).</li><li>Sheng, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlating+hydrogen+oxidation+and+evolution+activity+on+platinum+at+different+pH+with+measured+hydrogen+binding+energy.">Correlating hydrogen oxidation and evolution activity on platinum at different pH with measured hydrogen binding energy.</a> Nat Comm. 6, 5848 (2015).</li><li>Li, X., Hao, X., Abudula, A., Guan, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+catalysts+for+electrochemical+water+splitting:+Current+state+and+prospects.">Nanostructured catalysts for electrochemical water splitting: Current state and prospects.</a> J. Mater. Chem. A. 4 (31), 11973-12000 (2016).</li><li>Merki, D., Hu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+of+molybdenum+and+tungsten+sulfides+as+hydrogen+evolution+catalysts.">Recent developments of molybdenum and tungsten sulfides as hydrogen evolution catalysts.</a> Energy Environ. Sci. 4 (10), 3878 (2011).</li><li>Kibsgaard, J., Chen, Z., Reinecke, B. N., Jaramillo, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+the+surface+structure+of+MoS2+to+preferentially+expose+active+edge+sites+for+electrocatalysis.">Engineering the surface structure of MoS2 to preferentially expose active edge sites for electrocatalysis.</a> Nat Mater. 11 (11), 963-969 (2012).</li><li>Kong, D., Cha, J. J., Wang, H., Lee, H. R., Cui, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First-row+transition+metal+dichalcogenide+catalysts+for+hydrogen+evolution+reaction.">First-row transition metal dichalcogenide catalysts for hydrogen evolution reaction.</a> Energy Environ. Sci. 6 (12), 3553 (2013).</li><li>Voiry, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+catalytic+activity+in+strained+chemically+exfoliated+WS(2)+nanosheets+for+hydrogen+evolution.">Enhanced catalytic activity in strained chemically exfoliated WS(2) nanosheets for hydrogen evolution.</a> Nat Mater. 12 (9), 850-855 (2013).</li><li>Konkena, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pentlandite+rocks+as+sustainable+and+stable+efficient+electrocatalysts+for+hydrogen+generation.">Pentlandite rocks as sustainable and stable efficient electrocatalysts for hydrogen generation.</a> Nat Comm. 7, 12269 (2016).</li><li>Jeon, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+Chemical+Solution+Deposition+of+Co&#8323;O&#8324;+Thin+Film+Electrocatalyst+for+Oxygen+Evolution+Reaction.">Simple Chemical Solution Deposition of Co&#8323;O&#8324; Thin Film Electrocatalyst for Oxygen Evolution Reaction.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 7 (44), 24550-24555 (2015).</li><li>Xia, F., Pring, A., Brugger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+mechanism+and+kinetics+of+pentlandite+oxidation+in+extractive+pyrometallurgy+of+nickel.">Understanding the mechanism and kinetics of pentlandite oxidation in extractive pyrometallurgy of nickel.</a> Mine Eng. 27-28, 11-19 (2012).</li><li>Drebushchak, V. A., Kravchenko, T. A., Pavlyuchenko, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+pure+pentlandite+in+bulk.">Synthesis of pure pentlandite in bulk.</a> J Crystal Growth. 193 (4), 728-731 (1998).</li><li>Knop, O., Huang, C. -. H., Reid, K., Carlow, J. S., Woodhams, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chalkogenides+of+the+transition+elements.+X.+X-ray,+neutron,+M&#246;ssbauer,+and+magnetic+studies+of+pentlandite+and+the+&#960;+phases+&#960;(Fe,+Co,+Ni,+S),+Co8MS8,+and+Fe4Ni4MS8+(M+=+Ru,+Rh,+Pd).">Chalkogenides of the transition elements. X. X-ray, neutron, M&#246;ssbauer, and magnetic studies of pentlandite and the &#960; phases &#960;(Fe, Co, Ni, S), Co8MS8, and Fe4Ni4MS8 (M = Ru, Rh, Pd).</a> J Solid State Chem. 16 (1-2), 97-116 (1976).</li><li>Kullerud, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+stability+of+pentlandite.">Thermal stability of pentlandite.</a> The Canadian Mineralogist. 7 (3), 353-366 (1963).</li><li>Siracusano, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+electrochemical+study+of+a+PEM+stack+for+water+electrolysis.">An electrochemical study of a PEM stack for water electrolysis.</a> Int J Hydrogen Energy. 37 (2), 1939-1946 (2012).</li></ol>

Синтез Fe 4,5 Ni 4,5 S 8 проводили в вакуум-герметичной ампуле для предотвращения окисления материала во время синтеза. Во время синтеза контроль температуры является ключом к получению чистого продукта. Первая, очень медленная ступень нагрева, тем самым предотвращает пере...

Хранение флуктуирующих возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и энергия ветра, представляет значительный социальный интерес из-за постепенного исчезновения ископаемого топлива и последующей потребности в альтернативных источниках энергии. В этом отношении водород является перспективным устойчивым кандидатом на решение для хранения молекулярных энергий из-за чистого процесса сжигания. 1 Кроме того, водород можно использовать в качестве топлива или в качестве исходного материала для более сложных видов топлива, например метанола. Предпочтительным способом для легкого синтеза водорода с использованием нейтральных углеродных ресурсов является электрохимическое восстановление воды с использованием устойчивых энергий. Известно, что платина и ее сплавы являются наиболее эффективными электрокатализаторами для реакции выделения водорода (HER), демонстрирующей низкий избыточный потенциал, высокую скорость реакции и работу при высоких плотностях тока. 2 Однако из-за его высокой цены и низкого естественного изобилия, alТребуются катализаторы из неблагородных металлов. Было показано, что среди огромного количества альтернативных недрагоценных катализаторов на основе переходных металлов 3, особенно дихалькогениды переходных металлов (MX 2 , M = металл, X = S, Se) обладают высокой активностью HER. 4 , 5 , 6 , 7. В этом отношении мы недавно представили Fe 4,5 Ni 4,5 S 8 в качестве высокопрочного и активного «каталитического» электрокатализатора HER. Этот природно обильный материал устойчив в кислых условиях и демонстрирует высокую удельную проводимость с хорошо определенной каталитической активной поверхностью. 8 В то время как сообщалось о многочисленных материалах с высокой активностью HER, препарат электрода часто сопровождается множеством проблем, например, воспроизводимость и удовлетворительная стабильность (&gt; 24 часа). AdditionallY, поскольку внутренняя проводимость катализаторов на основе переходных металлов в объеме обычно высока, для подготовки электрода требуются наноструктурированные катализаторы для обеспечения эффективного переноса электрона. Эти катализаторы затем превращают в каталитическую краску, содержащую связующие вещества, такие как Нафион и катализатор. Впоследствии чернила покрываются слоем на поверхности инертного электрода ( например, стеклообразный углерод). В то время как они достаточно устойчивы при малых плотностях тока, повышенная контактная прочность и посредственная адгезия катализатора на подложке электрода обычно наблюдаются при больших плотностях тока. Таким образом, очевидна необходимость в более достаточных способах подготовки и материалах электродов. Этот протокол представляет собой новую процедуру получения высокопрочных и экономичных электродов с использованием сыпучих материалов. Предпосылкой для такого электрода является низкое сопротивление исходных материалов. Fe 4,5 Ni 4,5 S 8 фулЗаполняет этот критерий и может быть получен из элементов посредством простого высокотемпературного синтеза в герметичных кремнеземных ампулах. Полученный материал характеризуется по своей структуре, морфологии и составу с использованием дифрактометрии порошка Xray (PXRD), дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX). Синтезированный материал обрабатывают, чтобы получить два типа объемных электродов, а именно электроды «рок» и «таблетка». Производительность обоих типов электродов затем исследуется с использованием стандартных электрохимических испытаний и количественной оценки Н 2, проводимых с помощью газовой хроматографии (ГХ). Представлено сравнение характеристик обоих типов электродов по сравнению с широко используемыми экспериментами по покрытию.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1228">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Iron, powder</td>
			<td style="width:309px;">Sigma-Aldrich, http://www.sigmaaldrich.com</td>
			<td style="width:115px;">12310-500G-R</td>
			<td style="width:495px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Nickel, powder</td>
			<td style="width:309px;">Sigma-Aldrich, http://www.sigmaaldrich.com</td>
			<td>203904-25G</td>
			<td style="width:495px;">H: 351-372-317-412; 
			P: 281-273-308-313-302+352</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Sulfur, powder</td>
			<td style="width:309px;">Sigma-Aldrich, http://www.sigmaaldrich.com</td>
			<td style="width:115px;">13803-1KG-R</td>
			<td>H: 315</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Silver Epoxy Glue EC 151 L</td>
			<td style="width:309px;">Polytec PT, http://www.polytec-pt.de/de/</td>
			<td style="width:115px;">161010-1</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:311px;">Two Component Epoxy Glue Uhu Plus Endfest</td>
			<td>Uhu, http://www.uhu.com</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td style="width:495px;">&#160;H: 315-319-317-411; 
			&#160;P: 101-102-261-272-280-302+352-333+313-362-363-305+351+338-337+313</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Sulfuric Acid &#62;95%</td>
			<td style="width:309px;">VWR, https://ru.vwr.com</td>
			<td style="width:115px;">231-639-5</td>
			<td style="width:495px;">H: 290-314; 
			S: (1/2)-26-30-45</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">PTFE Tube</td>
			<td style="width:309px;">-</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>Prepare 8 cm long peaces</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Iron Sleeves</td>
			<td style="width:309px;">-</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>Connect to the copper wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Copper Wire</td>
			<td style="width:309px;">-</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Lapping Film 3&#181;m, 215.9 x 279 mm</td>
			<td style="width:309px;">3M, http://3mpro.3mdeutschland.de</td>
			<td style="width:115px;">60-0700-0232-8</td>
			<td>Polish with a small amount of water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Lapping Film 1&#181;m, 215.9 x 279 mm</td>
			<td style="width:309px;">3M, http://3mpro.3mdeutschland.de</td>
			<td style="width:115px;">60-0700-0266-6</td>
			<td>Polish with a small amount of water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Sand Paper 20 &#181;m, SiC</td>
			<td style="width:309px;">-</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Sand Paper 14 &#181;m, SiC</td>
			<td style="width:309px;">-</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Dremel Model 225</td>
			<td>Dremel, https://www.dremeleurope.com</td>
			<td style="width:115px;">2615022565</td>
			<td>Use grinding pulley wheel for cutting&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Hand Made Pellet Press</td>
			<td style="width:309px;">Hand Made</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Stirring Plate</td>
			<td style="width:309px;">-</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">GAMRY Reference 600</td>
			<td style="width:309px;">GAMRY Instruments, https://www.gamry.com</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Gero Furnace 30-3000&#176;C</td>
			<td>http://www.carbolite-gero.de</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Quartz glass ampule</td>
			<td style="width:309px;">Hand Made</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Vacuum pump</td>
			<td style="width:309px;">-</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Hydraulic press</td>
			<td style="width:309px;">-</td>
			<td style="width:115px;">-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simple methods for the preparation of non-noble metal bulk-electrodes for electrocatalytic applications

Материал пентандитата каменного порошка с составом Fe 4,5 Ni 4,5 S 8 синтезировали с помощью высокотемпературного синтеза из элементов. Структура и состав материала были охарактеризованы с помощью порошковой рентгеновской дифракции (PXRD), мессбауэровской спектроскопии (МБ), сканирующей электронной микроскопии (SEM), дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX). Представлены два метода получения пентландитовых объемных электродов. В первом подходе кусок синтетической пентландитной породы непосредственно контактирует через проволочный наконечник. Второй подход использует гранулы пентландита, прессованные из тонко измельченного порошка, который иммобилизуется в тефлоновой оболочке. Оба электрода, будучи подготовлены методом без добавки, показывают высокую долговечность при электрокаталитических превращениях по сравнению с обычными методами нанесения покрытия. В данном случае мы продемонстрировали поразительные характеристики таких электродов для достижения(HER) и представляет собой стандартизованный метод оценки электрокаталитических характеристик методами электрохимической и газовой хроматографии. Кроме того, мы сообщаем тесты стабильности с помощью потенциостатических методов при перенапряжении 0,6 В для изучения материальных ограничений электродов во время электролиза в промышленных условиях.

Успешный синтез Fe 4,5 Ni 4,5 S 8, обладающий структурой Пентландита, подтверждается экспериментами по рентгеновской дифракции порошков из-за присутствия известных (111), (311), (222), (331) и (511) отражений ( Рисунок 1а ). Однако правильный контроль тем...

Watch this Scientific Journal Video about Simple Methods for the Preparation of Non-noble Metal Bulk-electrodes for Electrocatalytic Applications at JoVE.com

Simple Methods for the Preparation of Non-noble Metal Bulk-electrodes for Electrocatalytic Applications

Представлен метод упрочнения электродов с использованием объемного материала Fe 4,5 Ni 4,5 S 8 . Этот метод обеспечивает альтернативный метод традиционного изготовления электродов и описывает предпосылки для нетрадиционных электродных материалов, включая простой метод электрокаталитического тестирования.

Простые методы получения неблагородных металлических навалочных электродов для электрокаталитических применений

The rock material pentlandite with the composition Fe4.5Ni4.5S8 was synthesized via high temperature synthesis from the elements. The structure and ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Подготовка гидрофобные Металл-органических структур через плазмостимулированного отложение химического пара перфторалканов для удаления аммиака

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

Synthesis of Cd-free InP/ZnS Quantum Dots Suitable for Biomedical Applications

Синтез Cd-фри InP / ZnS квантовых точек Подходит для биомедицинских применений

Fluorescent nanocrystals, specifically quantum dots, have been a useful tool for many biomedical applications. For successful use in biological systems, ...

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

Synthesis of a Water-soluble MetalÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œOrganic Complex Array

Синтез растворимой в воде металлоорганические сложный комплекс

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...

A Simple and Efficient Protocol for the Catalytic Insertion Polymerization of Functional Norbornenes

Простой и эффективный протокол для каталитического Вносимые полимеризации функциональных норборнены

Norbornene can be polymerized by a variety of mechanisms, including insertion polymerization whereby the double bond is polymerized and the bicyclic ...

Synthesis of a Thiol Building Block for the Crystallization of a Semiconducting Gyroidal Metal-sulfur Framework

Синтез тиоловых строительный блок для кристаллизации основ полупроводниковой Gyroidal металл серы

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and ...

Surface Functionalization of Metal-Organic Frameworks for Improved Moisture Resistance

Функционализация поверхности металлоорганических рамок для улучшения влагостойкости

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous inorganic materials with promising properties in gas storage and separation, catalysis and sensing. ...

Ion Mobility-Mass Spectrometry Techniques for Determining the Structure and Mechanisms of Metal Ion Recognition and Redox Activity of Metal Binding Oligopeptides

Ионная мобильность-массовая спектрометрия Методы для определения структуры и механизмов распознавания ионов металла и Redox деятельности металлических связывая олигопептиды

Electrospray ionization (ESI) can transfer an aqueous-phase peptide or peptide complex to the gas-phase while conserving its mass, overall charge, ...

Electrochemical Preparation of Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene) Layers on Gold Microelectrodes for Uric Acid-Sensing Applications

Electrochemical Preparation of Poly3,4-Ethylenedioxythiophene Layers on Gold Microelectrodes for Uric Acid-Sensing Applications

Электрохимическое получение слоев поли(3,4-этилендиокситиофена) на микроэлектродах золота для применения в мочевыводящей кислоте

Two different methods for the synthesis of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) on gold electrodes are described, using electropolymerization of ...

Synthesis of Metal Nanoparticles Supported on Carbon Nanotube with Doped Co and N Atoms and its Catalytic Applications in Hydrogen Production

Синтез металлических наночастиц, поддерживаемых на углеродных нанотрубках с легированными атомами Co и N, и его каталитические применения в производстве водорода

A method for facile synthesis of nanostructured catalysts supported on carbon nanotubes with atomically dispersed cobalt and nitrogen dopant is presented ...