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大連理工大學Nan Zhu課題組--由核殼 Au@Pt 甲醇燃料電池自供電的可穿戴運動智能傳感器
       可穿戴自供電傳感器是最近柔性電子設備的一個有前途的前沿領域。 在這項工作中,已經制造了一種可穿戴燃料電池(FC)型自供電運動智能傳感器,特別是首次選擇甲醇蒸汽作為目標燃料。Pt@Au/N-rGO 的核殼結構和多孔碳網絡作為甲醇氧化和氧還原反應催化劑,高導電堿性水凝膠作為固態電解質。 因此,用于自供電傳感系統的可穿戴 FC 對 2-20% (v/v) 甲醇蒸汽表現出優異的傳感性能,最大功率密度為 2.26 μW cm-1,并且在彎曲或扭曲過程中具有良好的機械性能 . 重要的是,這種可穿戴 FC 設備可以為人體運動的應變傳感器供電,并且可以通過手機輕松遠程檢測實時信號。 憑借有吸引力的生物相容性和自供電性能,用于自供電系統的可穿戴 FC 將為下一代靈活的智能傳感電子設備提供新的機會,并在未來可穿戴智能監控的實際應用中啟動開發的自供電平臺。
 
  
圖1.柔性自供電甲醇蒸汽傳感器示意圖
 
 
圖 2. MOR 催化劑的表征。(a)Pt1.4@Au/N-rGO的TEM圖像。(b)Pt1.4@Au/N-rGO、Au、Pt、C、O 和N的EDS映射。(c)GO、Au/N-rGO、Pt/N-rGO 和的紫外可見光譜Pt1.4@Au/N-rGO。來自 Pt1.4@Au/N-rGO的(d)Pt 4f和(e)Au 4f的XPS 光譜。(f) N-rGO、Au/N-rGO、Pt/N-rGO 和 Pt1.4@Au/N-rGO的XRD譜。
 
  
圖 3. Ptm@Au/N-rGO 催化劑的電化學性能。(a) Au/N-rGO、Pt/N-rGO和Ptm@Au/N-rGO催化劑的CV比較(10 mV s1) (b) Pt1.4Au/N-rGO和-0.05 V下的Ptm@Au/N-rGO催化劑。(c)從CV曲線總結的Ibof Pt1.4Au/N-rGO和Ptm@Au/N-rGO催化劑的電流密度。 所有測試均在含20%甲醇蒸汽的N2條件下進行。
 
 
圖 4.ORR催化劑的表征。(a)g-C3N4的TEM圖像;(b)g-C3N4-PDA;(c) N-Cnet。  N-Cnet催化劑與KOH-PVA水凝膠電解質的電化學性能:(d)N-Cnet催化劑在O2- 或 N2 飽和蒸汽(10 mV s-1)下的CV曲線。 (e)N-Cnet催化劑和商業10% Pt/C催化劑在氧飽和度下的LSV曲線。 (f) N-Cnet催化劑在含(黑色曲線)和不含(紅色曲線)20%甲醇(10 mV s-1)的氧飽和蒸汽下的CV曲線。
 
 
圖 5. 自供電甲醇蒸汽傳感器的傳感和靈活性性能。 (a)功率密度隨甲醇蒸汽濃度為 2-20%(增量為 2%)而變化。 (b)自供電甲醇傳感器在VOC中的選擇性性能,包括氨、丙酮、碳酸二甲酯、四氫呋喃、己烷、吡啶、二氯甲烷、己烷、二甲苯、二氯甲烷和乙腈。 VOC 的濃度為 2% v/v。 在20%甲醇蒸汽中連續(c)扭曲和(d)向0-180°彎曲下的放電行為。
 
 
圖 6. 自供電智能傳感器的實際應用。(a)三個串聯傳感器的功率密度,甲醇蒸汽濃度朝 2-20%(2% 增量)變化。 (b)三個串聯傳感器在不同甲醇氣體濃度下的放電測量。 (c)在20%甲醇蒸汽下為應變傳感器自供電的三串聯甲醇氣體傳感器的演示。 (d)使用智能手機監測的彎曲角度為 30、60 和 90° 期間手指應變傳感器的電流測量 i-t 曲線。
  
       相關科研成果由大連理工大學Nan Zhu等人于2021年發表在ACS Sensors(https://doi.org/10.1021/acssensors.1c02236)上。原文:Wearable Motion Smartsensors Self-Powered by Core–Shell Au@Pt Methanol Fuel Cells。

轉自《石墨烯研究》公眾號

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