بررسی کارایی نانوذرات پلاتین بر بستر چندسازه گرافن و کبالت اکسید به‌عنوان الکتروکاتالیست مقاوم در برابر نفوذ متانول در پیل‌های سوختی متانولی

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 4، دوره 11، شماره 4، اسفند 1396، صفحه 19-27   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

منیره فرجی^{* 1}؛ پیروز درخشی²؛ کامبیز تحویلداری³؛ زهره یوسفیان⁴

¹استادیار شیمی‌فیزیک، دانشکده شیمی، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

²استادیار شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

³دانشیار شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

⁴استادیار شیمی، مرکز تحقیقات نانوتکنولوژی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش سنتز نانوذرات پلاتین بر بستر ترکیب نانوصفحات گرافن و کبالت اکسید به‌عنوان الکتروکاتالیست الکترودهای گازی نفوذی پیل‌های سوختی با روش ساده آب‌گرمایی گزارش شده است. ساختار کاتالیست سنتز شده با استفاده از پراش پرتو ایکس شناسایی و ساختار سطح آن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مطالعه شد. همچنین، تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان می‌دهد که بستر تهیه‌شده دارای ساختار متخلخل بوده که به نفوذ واکنشگرها به سطح الکترود کمک شایانی می‌کند. بررسی‌های الکتروشیمیایی نمونه‌ها با ولتاموگرام‌های چرخه‌ای و روبش خطی پتانسیل انجام شد. نتیجه‌ها نشان می‌دهد که کاتالیست ساخته‌شده به‌دلیل سطح مؤثر بالا و ساختار متخلخل فعالیت الکتروکاتالیستی بالایی نسبت به کاتالیست تجاری پلاتین بر بستر کربن و پلاتین بر بستر گرافن برای واکنش کاهش اکسیژن در کاتد پیل‌های سوختی متانولی از خود نمایش می‌دهد. همچنین، پایداری این کاتالیست نسبت به نفوذ متانول نسبت به نمونه تجاری کاتالیست پلاتین بر بستر کربن بالاتر است.

کلیدواژه‌ها

پیل سوختی؛ گرافن؛ کاهش اکسیژن؛ نانوذرات پلاتین؛ اکسید کبالت

مراجع

[1] Kheirmand, M.; Gharibi H.; Abdullah Mirzaie, R.; Faraji, M.; Zhiani, M.; J Power Sources 169(2), 327-33, 2007.
[2] Gharibi, H., Faraji, M., Kheirmand, M., Electroanalysis 24(12), 2354-64, 2012.
[3] Pang, H.; Lu, J.; Chen, J.; Huang C.; Liu, B.; Zhang, X,; Electrochim Acta. 54(9), 2610-5, 2009.
[4] Shao, M.; Chang, Q.; Dodelet, J.P.; Chenitz, R.; Chemical reviews 116, 657-3594: (6), 2016.
[5] Zhang, J.; "PEM fuel cell electrocatalysts and catalyst layers: fundamentals and applications", Springer Science & Business Media; 2008.
[6] Bedolla-Valdez, Z.I.; Verde-Gómez, Y.; Valenzuela-Muñiz, A.M.; Gochi-Ponce, Y.; Oropeza-Guzmán, M.T.; Berhault, G. et al.; Electrochim Acta. 186, 76-84, 2015.
[7] Zhu, Z.; Bukowski, B.; Deskins, N.A.; Zhou, H.S.; Int J Hydrogen Energy. 40(5), 2216-24, 2015.
[8] Wei,Y.C.; Liu, C.W.; Wang, K.W.; Chem. Commun. 47(43), 11927-11929, 2011.
[9] Neergat, M.; Gunasekar, V.; Rahul, R.; J Electroanal Chem 658(1-2), 25-32, 2011.
[10] Lin, C.L.; Sánchez-Sánchez, C.M.; Bard, A.J.; Electrochemical and Solid-State Letters. 11(8), 2008.
[11] He, W., Kang, Y.Y.; Li, Z.L.; Zhang, X.G.; Zou, Z.Q.; Yang, H.: Editors; ECS Transactions; 2010.
[12] Cochell, T.; Li, W.; Manthiram, A.; J Phys Chem C. 117(8), 3865-73, 2013.
[13] Cao, J.; Hu, Y.; Chen, L.; Xu, J.; Chen, Z.; Int J Hydrogen Energy 42(5), 2931-2942, 2017.
[14] Barrett, S.; Fuel Cells Bulletin. 2014(12), 3, 2014.
[15] Jin, H.; Huang, H.; He, Y.; Feng, X.; Wang, S.; Dai, L. et al.; Journal of the American Chemical Society. 137(24), 7588-7591, 2015.
[16] Favaro, M.; Carraro, F.; Cattelan, M.; Colazzo, L.; Durante, C.; Sambi, M. et al.; J Mater Chem A. 3(27).14334-47, 2015.
[17] Li, Y.; Zhao, Y.; Cheng, H.; Hu, Y.; Shi, G.; Dai, L. et al.; Journal of the American Chemical Society. 134(1), 158, 2012.
[18] Li, Q.; Zhang, S.; Dai, L.; Li, LS.; Journal of the American Chemical Society. 134(46),18932-5. 2012.
[19] Asteazaran, M.; Cespedes, G.; Bengió, S.; Moreno, M.S.; Triaca, W.E.; Castro Luna, A.M.; Journal of Applied Electrochemistry 45(11),1187-1193, 2015.
[20] Zhao, L.; Wang, Z.B.; Li, J.L.; Zhang, J.J.; Sui, X.L.; Zhang, L.M.; J Mater Chem A. 3(10).5313-20, 2015.
[21] Zhang, X.; Yuan, W.; Duan, J.; Zhang, Y.; Liu, X.; 141, 234-7, 2015.
[22] Yola, M.L.; Eren, T.; Atar, N.; Saral, H.; Ermiş I. Electroanalysis. 2015.
[23] Faraji, M.; Gharibi, H.; Javaheri, M.; Journal of Nanostructures 6(2),156-66, 2016.
[24] Ling, T.;Yan, D-Y.; Jiao, Y.; Wang, H.; Zheng, Y.; Zheng, X.; et al.; Nat Commun. 7, 120, 2016.
[25] Liang, J.; Hassan, M.; Zhu, D.; Guo, L.; Bo, X.; J Colloid Interface Sci. 490, 576-86, 2017.
[26] Shahriary, L.; Athawale, A.A.; Int J Renew Energy Environ Eng. 2(01), 58-63, 2014.
[27] Li, D.; Müller, M.B.; Gilje, S.; Kaner, R.B.; Wallace, G.G.; Nat Nanotechnol 3(2), 101-5, 2008.
[28] Wang, Q.; Hu, W.; Huang, Y.; Int J Hydrogen Energy 42(9), 5899-907, 2017.
[29] Dikin, D.A.; Stankovich, S.; Zimney, E.J.; Piner, R.D.; Dommett, G.H.; Evmenenko, G. et al.; Nature. 448(7152), 457-60, 2007.
[30] Wang, G.; Yang, J.; Park, J.; Gou, X.; Wang, B.; Liu, H. et al.; The Journal of Physical Chemistry C, 112(22), 8192-5, 2008.
[31] Nassr, A.B.A.A.; Sinev, I.; Grünert, W.; Bron, M.; Appl Catal B Environ, 142, 849-60, 2013.
[32] Ruiz-Camacho, B.; Valenzuela, M.; Perez-Galindo, J.; Pola, F.; Miki-Yoshida, M.; Alonso-Vante, N. et al.; Journal of New Materials for Electrochemical Systems 13(3),183-9, 2010.
[33] Pandey, S.; Mishra, S.B.; Carbohydrate polymers 113, 525-31, 2014.
[34] Bard, A.J.; Faulkner, L.R.; Leddy. J.; Zoski, C.G.; "Electrochemical methods: fundamentals and applications", Wiley, New York; 1980.
[35] Bard,A.J.; Stratmann, M.; Calvo, E.J.; "Encyclopedia of Electrochemistry, Interfacial Kinetics and Mass Transport", Volume 2, Wiley-VCh; 2003.
[36] Golmohammadi, F.; Gharibi, H.; Sadeghi, S.; Int J Hydrogen Energy. 41(18), 7373-87, 2016.