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Reduced Graphene Oxide-Supported Co3O4 Nanocomposite Bifunctional Electrocatalysts for Glucose–Oxygen Fuel Cells
Energy & Fuels ( IF 5.2 ) Pub Date : 2020-09-14 , DOI: 10.1021/acs.energyfuels.0c02287 T. Ravindran Madhura 1 , Georgepeter Gnana Kumar 1 , Ramasamy Ramaraj 1
Energy & Fuels ( IF 5.2 ) Pub Date : 2020-09-14 , DOI: 10.1021/acs.energyfuels.0c02287 T. Ravindran Madhura 1 , Georgepeter Gnana Kumar 1 , Ramasamy Ramaraj 1
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Designing a high-performance electrocatalyst is very important for producing energy systems such as glucose–oxygen fuel cells (GFCs). Here, we report the preparation of a nanocomposite material consisting of different weight percentages of reduced graphene oxide-supported (5, 10, and 20 wt %) cobalt oxide nanoparticles (rGO–Co3O4). The corresponding modified electrodes exhibited bifunctional electrocatalytic behavior toward both glucose oxidation and oxygen reduction reaction (ORR). The rGO–Co3O4 nanocomposite material is prepared and characterized by thermogravimetry analysis, X-ray diffraction, diffuse reflectance spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, selected area electron diffraction, the Brunauer–Emmett–Teller method, the Barret–Joyner–Halenda method, energy-dispersive X-ray spectroscopy, high-resolution transmission electron microscopy, and electrochemical analysis. Among different weight percentages of rGO, 10 wt % GO in the rGO–Co3O4 nanocomposite-modified electrode shows stable electrooxidation of glucose with a rapid response time of 1 s with a 0.4 μM limit of detection and a 1008 μA mM–1 cm–2 sensitivity. In addition, rGO–Co3O4 (10 wt % GO)-modified electrodes show less negative potential with a large kinetic current and better catalytic durability for ORR. Thus, rGO–Co3O4 (10 wt % GO) is employed as a bifunctional catalyst in cost-effective GFCs and obtains a power density output of 0.7319 mW cm–2.
中文翻译：
还原型氧化石墨烯负载的Co 3 O 4纳米复合双功能电催化剂，用于葡萄糖-氧气燃料电池
设计高性能的电催化剂对于生产能源系统（如葡萄糖氧燃料电池（GFC））非常重要。在这里，我们报告了一种纳米复合材料的制备，该材料由不同重量百分比的还原氧化石墨烯负载的（5、10和20 wt％）氧化钴纳米颗粒（rGO–Co 3 O 4）组成。相应的修饰电极对葡萄糖氧化和氧还原反应（ORR）均表现出双功能电催化行为。rGO–Co 3 O 4制备了纳米复合材料，并通过热重分析，X射线衍射，漫反射光谱，傅里叶变换红外光谱，选定区域电子衍射，Brunauer-Emmett-Teller方法，Barret-Joyner-Halenda方法，能量色散X-射线进行了表征。射线光谱法，高分辨率透射电子显微镜和电化学分析。在rGO的不同重量百分比中，rGO–Co 3 O 4纳米复合修饰电极中10 wt％的GO显示出稳定的葡萄糖电氧化反应，其快速响应时间为1 s，检测极限为0.4μM，1008μAmM –1厘米–2灵敏度。此外，rGO–Co 3 O 4（10 wt％GO）修饰的电极显示出较小的负电位，具有较大的动电流，并且对ORR具有更好的催化耐久性。因此，rGO-Co 3 O 4（10 wt％GO）在具有成本效益的GFC中用作双功能催化剂，并获得0.7319 mW cm -2的功率密度输出。
更新日期：2020-10-16
中文翻译：
还原型氧化石墨烯负载的Co 3 O 4纳米复合双功能电催化剂，用于葡萄糖-氧气燃料电池
设计高性能的电催化剂对于生产能源系统（如葡萄糖氧燃料电池（GFC））非常重要。在这里，我们报告了一种纳米复合材料的制备，该材料由不同重量百分比的还原氧化石墨烯负载的（5、10和20 wt％）氧化钴纳米颗粒（rGO–Co 3 O 4）组成。相应的修饰电极对葡萄糖氧化和氧还原反应（ORR）均表现出双功能电催化行为。rGO–Co 3 O 4制备了纳米复合材料，并通过热重分析，X射线衍射，漫反射光谱，傅里叶变换红外光谱，选定区域电子衍射，Brunauer-Emmett-Teller方法，Barret-Joyner-Halenda方法，能量色散X-射线进行了表征。射线光谱法，高分辨率透射电子显微镜和电化学分析。在rGO的不同重量百分比中，rGO–Co 3 O 4纳米复合修饰电极中10 wt％的GO显示出稳定的葡萄糖电氧化反应，其快速响应时间为1 s，检测极限为0.4μM，1008μAmM –1厘米–2灵敏度。此外，rGO–Co 3 O 4（10 wt％GO）修饰的电极显示出较小的负电位，具有较大的动电流，并且对ORR具有更好的催化耐久性。因此，rGO-Co 3 O 4（10 wt％GO）在具有成本效益的GFC中用作双功能催化剂，并获得0.7319 mW cm -2的功率密度输出。
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