The main target of this investigation is to propose an effective anodic electrocatalyst for micro-direct methanol fuel cell. For this purpose, five nanostructured metal alloy electrocatalysts including platinum (Pt), ruthenium (Ru) and iron (Fe) are synthesized. The single-walled and multi-walled carbon nanotubes (SW-CNT and MW-CNT) and graphene (Gr) are employed as the carbon (C) base. First, PtRuFe/SW-CNT, PtRuFe/MW-CNT, PtRuFe/Gr and PtRuFe/C catalysts with a 1:4:5 atomic ratio for Pt, Ru and Fe, respectively, and PtRu/C catalyst with a 1:1 atomic ratio for Pt and Ru, correspondingly, are prepared by the process of improved alcohol recovery. In continuation, the morphology and activity of synthesized nano-electrocatalysts are confirmed and assessed by applying the physical and electrochemical tests. According to the obtained results, PtRuFe/SW-CNT is the most suitable catalyst for methanol oxidation reaction. The outcomes of electrochemical measurements show that PtRuFe/SW-CNT electrocatalyst has the highest activity, mass activity, mass transfer and electrochemical active surface area with respect to methanol oxidation in comparison with the commercial Pt/C and the rest of the synthesized catalysts. Next, two-electrode membrane assembly is fabricated with PtRuFe/SW-CNT and commercial Pt/C electrocatalysts to evaluate the performance of them in micro-direct methanol fuel cell. Based on the obtained polarization curves, by using PtRuFe/SW-CNT instead of commercial Pt/C, the current density in zero-voltage and maximum power density enhance by 48% and 92.3%, respectively.

中文翻译：

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纳米铂合金电催化剂的制备及其在微直接甲醇燃料电池中的性能

这项研究的主要目标是为微型直接甲醇燃料电池提出一种有效的阳极电催化剂。为此目的，合成了五种纳米结构的金属合金电催化剂，包括铂（Pt），钌（Ru）和铁（Fe）。单壁和多壁碳纳米管（SW-CNT和MW-CNT）和石墨烯（Gr）用作碳（C）基。首先，分别为Pt，Ru和Fe原子比为1：4：5的PtRuFe / SW-CNT，PtRuFe / MW-CNT，PtRuFe / Gr和PtRuFe / C催化剂以及1：1的PtRu / C催化剂Pt和Ru的原子比相应地通过提高醇回收率的方法制备。继续，通过应用物理和电化学测试，确认并评估了合成的纳米电催化剂的形态和活性。根据获得的结果，PtRuFe / SW-CNT是最适合甲醇氧化反应的催化剂。电化学测量的结果表明，与市售Pt / C和其余合成催化剂相比，PtRuFe / SW-CNT电催化剂相对于甲醇氧化具有最高的活性，质量活性，传质和电化学活性表面积。接下来，用PtRuFe / SW-CNT和市售Pt / C电催化剂制造两电极膜组件，以评估它们在微型直接甲醇燃料电池中的性能。根据获得的极化曲线，通过使用PtRuFe / SW-CNT代替商用Pt / C，零电压下的电流密度和最大功率密度分别提高了48％和92.3％。电化学测量的结果表明，与市售Pt / C和其余合成催化剂相比，PtRuFe / SW-CNT电催化剂相对于甲醇氧化具有最高的活性，质量活性，传质和电化学活性表面积。接下来，用PtRuFe / SW-CNT和市售Pt / C电催化剂制造两电极膜组件，以评估它们在微型直接甲醇燃料电池中的性能。根据获得的极化曲线，通过使用PtRuFe / SW-CNT代替商用Pt / C，零电压下的电流密度和最大功率密度分别提高了48％和92.3％。电化学测量的结果表明，与市售Pt / C和其余合成催化剂相比，PtRuFe / SW-CNT电催化剂相对于甲醇氧化具有最高的活性，质量活性，传质和电化学活性表面积。接下来，用PtRuFe / SW-CNT和市售Pt / C电催化剂制造两电极膜组件，以评估它们在微型直接甲醇燃料电池中的性能。根据获得的极化曲线，通过使用PtRuFe / SW-CNT代替商用Pt / C，零电压下的电流密度和最大功率密度分别提高了48％和92.3％。与市售Pt / C和其余合成催化剂相比，甲醇氧化的质量转移和电化学活性表面积。接下来，用PtRuFe / SW-CNT和市售Pt / C电催化剂制造两电极膜组件，以评估它们在微型直接甲醇燃料电池中的性能。根据获得的极化曲线，通过使用PtRuFe / SW-CNT代替商用Pt / C，零电压下的电流密度和最大功率密度分别提高了48％和92.3％。与市售Pt / C和其余合成催化剂相比，甲醇氧化的质量转移和电化学活性表面积。接下来，用PtRuFe / SW-CNT和市售Pt / C电催化剂制造两电极膜组件，以评估它们在微型直接甲醇燃料电池中的性能。根据获得的极化曲线，通过使用PtRuFe / SW-CNT代替商用Pt / C，零电压下的电流密度和最大功率密度分别提高了48％和92.3％。