تعیین شرایط بهینه رشد مستقیم CNTs بر روی بستر کاغذ کربنی با روش نهشت بخار شیمیایی به عنوان بستر الکتروکاتالیست پیل سوختی پلیمری

نانومواد

دوره 13، شماره 46، تیر 1400، صفحه 127-145   

نویسندگان

هاجر رجایی لیتکوهی^{* 1}؛ علی بهاری²

¹گروه نانوزیست فناوری، دانشکده زیست فناوری، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، مازندران

²گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه مازندران، بابلسر، کد پستی 95447-47416

چکیده

در این پژوهش، از روش نهشت بخار شیمیایی (CVD) برای رشد مستقیم نانولوله‌های کربنی (CNTs) بر روی بستر کاغذ کربنی تلقیح شده در کاتالیست آهن استفاده شد. پارامترهای موثر بر کیفیت و چگالی رشد نانولوله‌ها مانند غلظت و زمان تلقیح کاتالیست آهن، زمان و دمای رشد نانولوله و نسبت شارش گاز حامل به تغذیه کننده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آنالیزهای FESEM، ﻃﯿﻒ‌ﺳﻨﺠﯽ ﭘﺮاﮐﻨﺪﮔﯽ اﻧﺮژی ﭘﺮﺗﻮ اﯾﮑﺲ (EDS)، پراکندگی رامان و TEM، مشخص کرد غلظت M 3/0 و زمان تلقیح min 60 آهن، دمای رشد °C 800، زمان رشد min 20 و نسبت شارش 15/150 Ar/C₂H₂:، شرایط بهینه رشد میکرومتری و شبکه‌ای نانولوله‌های کربنی بر روی بستر کاغذ کربنی می‌باشد. سپس به منظور بررسی این ساختار به عنوان بستر الکتروکاتالیست پیل سوختی پلیمری، کاتالیست پلاتین با روش کاهش اتیلن گلیکول بر روی آن بارگذاری شد و کارایی آن با کاتالیست تجاری پلاتین نشانده شده بر بستر کربن سیاه، توسط تست نیم سل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تست نیم سل نشان داد که استفاده از نانولوله‌های کربنی به جای کربن سیاه، باعث شد بیشینه چگالی توان از 43/4 به mWcm^-2 90/9 افزایش پیدا کند. افزایش 123% بیشینه چگالی توان می‌تواند به دلیل پخش بهتر ذرات پلاتین و افزایش در دسترس‌پذیری آن‌ها به علت ساختار هندسی ویژه نانولوله‌ها و یا حمل و نقل الکترونی آسان بین پلاتین و بستر کربنی به علت رسانایی فوق‌العاده نانولوله‌های کربنی باشد. همچنین اصلاح نهایی الکترود با استفاده از اتمسفر کاهنده گاز هیدروژن، با هدف بهبود کارایی بدون افزایش بارگذاری کاتالیست پلاتین، باعث شد بیشینه چگالی توان از 90/9 به mWcm^-2 36/18 تغییر کند که در حدود 85% افزایش را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

نانولوله‌های کربنی؛ رشد مستقیم؛ نهشت بخار شیمیایی؛ الکتروکاتالیست پلاتین؛ پیل سوختی پلیمری

مراجع

• Devrim, E.D. Arıca, International Journal of Hydrogen Energy, 40, 2020, 3609.
• Zhao, International Journal of Hydrogen Energy, 44, 2019, 25180.
• Wang, Materials Today, 32, 2020, 178.
• Jiang, Green Energy and Environment, 3, 2018, 360.
• Y. Rivera-Lugo, Energy, 148, 2018, 561.
• Mardle, Applied Catalysis B: Environmental, 260, 2020, 118031.
• K. Shahzad, Ceramics International, 44, 2018, 17189.
• Yang, H. Zhang, Y. Yan, Composites Part B: Engineering, 160, 2019, 369.
• Asim, Electrochimica Acta, 326, 2019, 135009.
• Guellati, Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology, 231, 2018, 11.
• Kotov, Materials Today: Proceedings, 38, 2019, 635.
• U. Modekwe, Materials Today: Proceedings, 15, 2020, 1.
• Lin, Ceramics International, 46, 2020, 10704.
• Lin, Diamond and Related Materials, 106, 2020, 107830.
• Zhang, Q. Wang, C.S. Ramachandran, Diamond and Related Materials, 104, 2020, 107748.
• H.H. Wang, Electrochimica Acta, 52, 2006, 1612.
• Li, Materials Science and Engineering: B, 187, 2014, 113.
• D. Zhao, Journal of Physical Chemistry C, 115, 2011, 1123.
• C. Chen, Y.C. Wang, Synthetic Metals, 219, 2016, 124.
• P. Tessonnier, D.S. Su, ChemSusChem, 4, 2011, 824.
• Liu, International Journal of Hydrogen Energy, 41, 2015, 1859.
• Rajaei Litkohi, A. Bahari, R. Ojani, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28, 2017, 7360.
• Rajaei-Litkohi, Journal of Nanoparticle Research, 19, 2017, 278.
• T. Hsieh, Journal of Power Sources, 188, 2009, 347.
• J. Gong, Composites Science and Technology, 67, 2007, 2986.
• S. Dresselhaus, Nano Letters, 10, 2010, 751.
• Hodkiewicz, T.F. Scientific, Progress in Materials Science, 50, 2005, 929.
• Melanitis, P.L. Tetlow, C. Galiotis, Journal of Materials Science, 31, 1996, 851.
• Chen, Energy & Environmental Science, 2, 2009, 393.
• H. Lehman, Carbon, 49, 2011, 2581.