12596

12596

سنتز و ارزيابي نانوكاتاليست ارزان قيمت براي پيل هاي سوختي غشا تبادل پروتون

كارشناسي ارشد

شيمي - جداسازي

مهرماه 1392

مهرماه 1392

دكتر سوسن روشن ضمير

چكيده جايگزيني فلزات ارزان¬قيمت به جاي پلاتين بعنوان الكتروكاتاليست كاتد در پيل سوختي غشا تبادل پروتون در سال¬هاي اخير بشدت مورد توجه محققين بوده¬است. ازجمله راهكارهاي كاهش قيمت، استفاده از پايه¬هاي فعال در فرآيند سنتز كاتاليست مي¬باشد. دراين راستا نانولوله¬هاي كربني نيتروژن¬دهي شده، كربن مزوحفره محتوي نيتروژن وگرافن نيتروژن¬دهي شده بعنوان پايه بسيار مورد استفاده قرار گرفته¬اند. در اين بين، گرافن بدليل ويژگي¬هاي متمايز وبرتر نسبت به نانولوله¬هاي كربني اخيرا بيشتر مورد توجه محققين واقع شده-است. در كارحاضر نانوكاتاليست غيرپلاتيني با استفاده از فلزات ارزان قيمت بر پايه گرافن نيتروژن دهي شده سنتز شده¬است. سنتز كاتاليست طي دو مرحله صورت گرفت. در مرحله اول، پايه گرافني نيتروژن¬دهي شده توسط واكنش سولووترمال سنتز شد. اثر دما و تغيير نسبت واكنشگرها نيز بر بهبود فعاليت گرافن نيتروژن¬دهي شده مورد بررسي قرار گرفت. آزمون طيف¬سنجي فوتوالكترون اشعه ايكس، ورود موفقيت آميز نيتروژن به ساختار گرافن و وجود انواع نيتروژن مورد نظر را تاييد كرد. تصاوير حاصل از ميكروسكوپ الكتروني روبشي نيز ساختار مورد انتظار را براي نمونه گرافني سنتز شده نشان دادند. در مرحله دوم نانوذرات آهن و كبالت روي پايه گرافن نيتروژن دهي شده با بارگذاري هاي مختلف ته نشين سازي شدند. نتيجه آزمون فلوئورسانس پرتو ايكس نيز وجود عناصر آهن و كبالت را در نمونه نهايي تاييد كردند. اثر pH و حرارت دهي درفعاليت كاتاليست نهايي مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج آزمون¬هاي ولتامتري چرخه¬اي نشان دادند كه پايه گرافن نيتروژن دهي شده در محيط قليايي فعاليت كاتاليستي خوبي براي انجام واكنش احياي اكسيژن دارد و حدودا 60 درصد كاتاليست پلاتين تجاري فعال مي¬باشد. همچنين نتايج ولتامتري نشان دادند كه پايه گرافن نيتروژن¬دهي شده هم در محيط اسيدي و هم در محيط قليايي فعاليت بهتري نسبت به پايه نانولوله¬هاي كربني دارد. فعاليت كاتاليست، پس از مرحله ته¬نشين سازي فلزات آهن و كبالت در محيط قليايي به 75 درصد و در محيط اسيدي به حدود 70 درصد كاتاليست پلاتين تجاري رسيد. نتايج حاصل از آزمون¬هاي كرونوآمپرومتري نيز پايداري بهتر اين كاتاليست را در محيط اسيدي نسبت به كاتاليست برپايه نانولوله¬هاي كربني و كاتاليست پلاتين تجاري به اثبات رساندند. واژه‌هاي كليدي: پيل سوختي غشا تبادل پروتون، فلزات ارزان قيمت، كاتاليست، واكنش احياي اكسيژن، گرافن نيتروژن دهي شده