Air breathing cathodes for Microbial Fuel Cell using Mn-, Fe-, Co- and Ni-containing platinum group metal-free catalysts

The oxygen reduction reaction (ORR) is one of the major factors that is limiting the overall performance output of microbial fuel cells (MFC). In this study, Platinum Group Metal-free (PGM-free) ORR catalysts based on Fe, Co, Ni, Mn and the same precursor (Aminoantipyrine, AAPyr) were synthesized using identical sacrificial support method (SSM). The catalysts were investigated for their electrochemical performance, and then integrated into an air-breathing cathode to be tested in “clean” environment and in a working microbial fuel cell (MFC). Their performances were also compared to activated carbon (AC) based cathode under similar conditions. Results showed that the addition of Mn, Fe, Co and Ni to AAPyr increased the performances compared to AC. Fe-AAPyr showed the highest open circuit potential (OCP) that was 0.307 ! 0.001 V (vs. Ag/AgCl) and the highest electrocatalytic activity at pH 7.5. On the contrary, AC had an OCP of 0.203 ! 0.002 V (vs. Ag/AgCl) and had the lowest electrochemical activity. In MFC, Fe-AAPyr also had the highest output of 251 ! 2.3 mWcm"2, followed by Co-AAPyr with 196 ! 1.5 mWcm"2, Ni-AAPyr with 171 !3.6 mWcm"2, Mn-AAPyr with 160 ! 2.8 mWcm"2 and AC 129 ! 4.2 mWcm"2. The best performing catalyst (Fe-AAPyr) was then tested in MFC with increasing solution conductivity from 12.4 mScm"1 to 63.1 mScm"1. A maximum power density of 482 ! 5 mWcm"2 was obtained with increasing solution conductivity, which is one of the highest values reported in the field

Air Breathing Cathodes for Microbial Fuel Cell using Mn-, Fe-, Co- and Ni-containing Platinum Group Metal-free Catalysts

© 2017 The Authors The oxygen reduction reaction (ORR) is one of the major factors that is limiting the overall performance output of microbial fuel cells (MFC). In this study, Platinum Group Metal-free (PGM-free) ORR catalysts based on Fe, Co, Ni, Mn and the same precursor (Aminoantipyrine, AAPyr) were synthesized using identical sacrificial support method (SSM). The catalysts were investigated for their electrochemical performance, and then integrated into an air-breathing cathode to be tested in “clean” environment and in a working microbial fuel cell (MFC). Their performances were also compared to activated carbon (AC) based cathode under similar conditions. Results showed that the addition of Mn, Fe, Co and Ni to AAPyr increased the performances compared to AC. Fe-AAPyr showed the highest open circuit potential (OCP) that was 0.307±0.001V (vs. Ag/AgCl) and the highest electrocatalytic activity at pH 7.5. On the contrary, AC had an OCP of 0.203±0.002V (vs. Ag/AgCl) and had the lowest electrochemical activity. In MFC, Fe-AAPyr also had the highest output of 251±2.3μWcm−2, followed by Co-AAPyr with 196±1.5μWcm−2, Ni-AAPyr with 171±3.6μWcm−2, Mn-AAPyr with 160±2.8μWcm−2and AC 129±4.2μWcm−2. The best performing catalyst (Fe-AAPyr) was then tested in MFC with increasing solution conductivity from 12.4 mScm−1to 63.1 mScm−1. A maximum power density of 482±5μWcm−2was obtained with increasing solution conductivity, which is one of the highest values reported in the field

Förskolans utemiljö - en plats för alla barn? : En kvalitativ studie om delaktighet och tillgänglighet för barn med fysiska funktionsvariationer

Syftet med föreliggande studie är att få en djupare förståelse för hur pedagoger, förskolechefer och Specialpedagogiska skolmyndigheten förstår förskolans utemiljö som arena för delaktighet och tillgänglighet för barn med fysiska funktionsvariationer. I denna studie undersöks vad förskolans pedagoger, förskolechefer och Specialpedagogiska skolmyndigheten säger om delaktighet och tillgänglighet i utemiljön utifrån barn med fysiska funktionsvariationer samt hur pedagoger, förskolechefer och Specialpedagogiska skolmyndigheten talar om arbetssättet i utemiljön utifrån barn med fysiska funktionsvariationer. Studien tar utgångspunkt i problematiken gällande att forskningsläget idag inte inkluderar barn med fysiska funktionsvariationer i utformningen av förskolans utemiljö. Tidigare forskning inom området lyfter bland annat utformningen av förskolans utemiljö i relation till barns lärande, utemiljöns tillgänglighet samt ett inkluderande arbetssätt. Det vetenskapsteoretiska utgångspunkt för föreliggande studie är hermeneutiken med hermeneutisk cirkel som metod. Vi har använt oss av semistrukturerade intervjuer där sju pedagoger medverkat samt intervju på distans där tre förskolechefer medverkat samt representanter från Specialpedagogiska skolmyndigheten. I resultatet framgår det att pedagogerna upplever ett stort ansvar i att utforma utemiljön ur ett funktionsvariationsperspektiv samt att pedagogerna upplever att barn med fysiska funktionsvariationer inte är delaktiga i utemiljön på grund av bristen på tillgängligheten, vilket även besvaras av förskolecheferna. Resultatet visar att det är svårt att utforma utemiljön så att den tillgodoser alla barns behov och att den inte kan anses som tillgänglig eftersom barn med fysiska funktionsvariationer inte är självständiga i den. Resultatet visar även att myndigheternas och förvaltningarnas föreskrifter är öppna för tolkning samt att det inte finns lagar kring utformningen av utemiljön ur ett funktionsvariations- och tillgänglighetsperspektiv vilket innebär att det inte finns någon skyldighet till att anpassa utemiljön

Förskolans utemiljö - en plats för alla barn? : En kvalitativ studie om delaktighet och tillgänglighet för barn med fysiska funktionsvariationer

Syftet med föreliggande studie är att få en djupare förståelse för hur pedagoger, förskolechefer och Specialpedagogiska skolmyndigheten förstår förskolans utemiljö som arena för delaktighet och tillgänglighet för barn med fysiska funktionsvariationer. I denna studie undersöks vad förskolans pedagoger, förskolechefer och Specialpedagogiska skolmyndigheten säger om delaktighet och tillgänglighet i utemiljön utifrån barn med fysiska funktionsvariationer samt hur pedagoger, förskolechefer och Specialpedagogiska skolmyndigheten talar om arbetssättet i utemiljön utifrån barn med fysiska funktionsvariationer. Studien tar utgångspunkt i problematiken gällande att forskningsläget idag inte inkluderar barn med fysiska funktionsvariationer i utformningen av förskolans utemiljö. Tidigare forskning inom området lyfter bland annat utformningen av förskolans utemiljö i relation till barns lärande, utemiljöns tillgänglighet samt ett inkluderande arbetssätt. Det vetenskapsteoretiska utgångspunkt för föreliggande studie är hermeneutiken med hermeneutisk cirkel som metod. Vi har använt oss av semistrukturerade intervjuer där sju pedagoger medverkat samt intervju på distans där tre förskolechefer medverkat samt representanter från Specialpedagogiska skolmyndigheten. I resultatet framgår det att pedagogerna upplever ett stort ansvar i att utforma utemiljön ur ett funktionsvariationsperspektiv samt att pedagogerna upplever att barn med fysiska funktionsvariationer inte är delaktiga i utemiljön på grund av bristen på tillgängligheten, vilket även besvaras av förskolecheferna. Resultatet visar att det är svårt att utforma utemiljön så att den tillgodoser alla barns behov och att den inte kan anses som tillgänglig eftersom barn med fysiska funktionsvariationer inte är självständiga i den. Resultatet visar även att myndigheternas och förvaltningarnas föreskrifter är öppna för tolkning samt att det inte finns lagar kring utformningen av utemiljön ur ett funktionsvariations- och tillgänglighetsperspektiv vilket innebär att det inte finns någon skyldighet till att anpassa utemiljön

Outer membrane cytochromes/flavin interactions in Shewanella spp.-A molecular perspective.

Extracellular electron transfer (EET) is intrinsically associated with the core phenomena of energy harvesting/energy conversion in natural ecosystems and biotechnology applications. However, the mechanisms associated with EET are complex and involve molecular interactions that take place at the bionano interface where biotic/abiotic interactions are usually explored. This work provides molecular perspective on the electron transfer mechanism(s) employed by Shewanella oneidensis MR-1. Molecular docking simulations were used to explain the interfacial relationships between two outer-membrane cytochromes (OMC) OmcA and MtrC and riboflavin (RF) and flavin mononucleotide (FMN), respectively. OMC-flavin interactions were analyzed by studying the electrostatic potential, the hydrophilic/hydrophobic surface properties, and the van der Waals surface of the OMC proteins. As a result, it was proposed that the interactions between flavins and OMCs are based on geometrical recognition event. The possible docking positions of RF and FMN to OmcA and MtrC were also shown

Benzene Adsorption: A Significant Inhibitor for the Hydrogen Oxidation Reaction in Alkaline Conditions

Slow hydrogen oxidation reaction (HOR) kinetics on Pt under alkaline conditions is a significant technical barrier for the development of high-performance hydroxide exchange membrane fuel cells. Here we report that benzene adsorption on Pt is a major factor responsible for the sluggish HOR. Furthermore, we demonstrate that bimetallic catalysts, such as PtMo/C, PtNi/C, and PtRu/C, can reduce the adsorption of benzene and thereby improve HOR activity. In particular, the HOR voltammogram of PtRu/C in 0.1 M benzyl ammonium showed minimal benzene adsorption. Density functional theory calculations indicate that the adsorption of benzyl ammonium on the bimetallic PtRu is endergonic for all four possible orientations of the cation, which explains the significantly better HOR activity observed for the bimetallic catalysts. The new HOR inhibition mechanism described here provides insights for the design of future polymer electrolytes and electrocatalysts for better-performing polymer membrane-based fuel cells

Effect of pH on the activity of platinum group metal-free catalysts in oxygen reduction reaction

© 2018 American Chemical Society. The impact of the electrolyte's pH on the catalytic activity of platinum group metal-free (PGM-free) catalysts toward the oxygen reduction reaction (ORR) was studied. The results indicate that the ORR mechanism is determined by the affinity of protons and hydroxyls toward multiple functional groups present on the surface of the PGM-free catalyst. It was shown that the ORR is limited by the proton-coupled electron transfer at pH values below 10.5. At higher pH values (>10.5), the reaction occurs in the outer Helmholtz plane (OHP), favoring hydrogen peroxide production. Using a novel approach, the changes in the surface chemistry of PGM-free catalyst in a full pH range were studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The variations in the surface concentration of nitrogen and carbon species are correlated with the electron transfer process and overall kinetics. This study establishes the critical role of the multitude of surface functional groups, presented as moieties or defects in the carbonaceous "backbone" of the catalyst, in mechanism of oxygen reduction reaction. Understanding the pH-dependent mechanism of ORR provides the basis for rational design of PGM-free catalysts for operation across pH ranges or at a specific pH of interest. This investigation also provides the guidelines for developing and selecting ionomers used as "locally-confined electrolytes", by taking into account affinities and possible interactions of specific functional groups of the PGM-free catalysts with protons or hydroxyls facilitating the overall ORR kinetics