12379

12379

استفاده از كاتاليزگرهاي نانو ذرات اكسيد كبالت و نانو ذرات اكسيد كبالت نشانده شده بر روي نانولوله هاي كربني براي توليد الكتروشيميايي هيدروژن

كارشناسي ارشد

شيمي - تجزيه

اسفند ماه 1391

اسفند ماه 1391

دكتر علي غفاري نژاد

دكتر افسانه ملاحسيني

چكيده در قرن حاضر مسايل مربوط به منابع انرژي و محيط زيست دو نگراني عمده بشر مي باشند و از آنجاييكه مصرف انرژي به طور مستقيم بر محيط زيست تأثير گذار است، اين دو با هم ارتباط تنگاتنگ دارند. منابع انرژي فسيلي كه هم اكنون به طور گسترده¬اي مورد استفاده قرار مي گيرند، علاوه بر اثرات نامطلوب زيست محيطي، غير قابل بازگشت و در نتيجه ناپايدارند. از اين رو نياز به منابع انرژي تجديد پذير، پايدار و غير آلاينده احساس مي شود. هيدروژن مهم ترين منبع انرژي پاك و پايدار است كه به راحتي با استفاده از سلول¬هاي سوختي قابل تبديل به الكتريسيته مي باشد و در محلي كه اين گاز سوزانده و مصرف مي شود فقط بخار آب توليد مي كند. يكي از راه هاي متداول توليد هيدروژن روش الكتروشيميايي مي باشد كه در اين روش الكترود پلاتين نيز به خاطر اضافه ولتاژ پايين هيدروژن روي آن، بسيار مورد استفاده قرار مي¬گيرد. اما مشكل اين الكترود قيمت بسيار بالاي پلاتين و نيز منابع محدود آن بر روي پوسته زمين مي باشد. بنابراين محققان به جاي استفاده از اين فلز گران بها به دنبال استفاده از كاتاليزورهاي ارزان قيمت و ساده تري براي جايگزيني پلاتين مي باشند. در اين طرح ابتدا الكترود خمير كربن با استفاده از ذرات اكسيد كبالت، نانو ذرات اكسيد كبالت و نانو ذرات اكسيد كبالت نشانده شده بر روي نانو لوله¬ي كربني مورد اصلاح قرار گرفت و سپس كارايي اين الكترودهاي اصلاح شده جهت توليد گاز هيدروژن مورد بررسي قرار گرفت. جهت بهينه كردن شرايط عواملي چون ميزان pH محيط، درصد كاتاليزگر و نيز درصد پارافين خمير كربن مورد مطالعه قرار گرفت. بهترين نتيجه براي محيط اسيد سولفوريك 2 مولار و كاتاليزگر نانو اكسيد كبالت با درصد 20% و ميزان پارافين 13% به دست آمد. در اين مطالعه نتايج نشان دادند كه استفاده از نانوذرات اكسيد كبالت نتايج بهتري را نسبت به اكسيد كبالت معمولي نشان مي دهد اما استفاده از نانوذرات اكسيد كبالت نشانده شده بر روي نانولوله¬هاي كربني بهبودي در نتايج مربوط به نانو ذرات تنهاي اكسيد كبالت نشان نمي دهد. تحت شرايط بهينه، مقدار اضافه ولتاژ مشاهده شده خيلي نزديك به مقدار مربوط به الكترود پلاتين در محيط مشابه مي باشد كه اين مزيت و پيشرفت خوبي در كار محسوب مي شود. نكته جالب توجه ديگر اين مي باشد كه بر خلاف خيلي از گزارش هاي متداول، در اين روش با افزايش تعداد چرخه¬هاي توليد هيدروژن، نه تنها راندمان كاهش نمي يابد، بلكه افزايش هم مي يابد. با توجه به سادگي ساخت، قيمت ارزان و راندمان بالاي توليد هيدروژن بر روي اين الكترود، مي توان از آن به عنوان كاتدي مناسب براي توليد الكتروشيميايي هيدروژن با راندمان بالا و بدون نياز به پلاتين استفاده نمود. واژه‌هاي كليدي:الكترود خمير كربن، توليد الكتروشيميايي هيدروژن، اكسيد كبالت ، نانو ذرات اكسيد كبالت، نانو لوله هاي كربني