بررسی آزمایشگاهی و نظری الکترواکسایش متانول بر بستر پلی‌آنیلین اصلاح شده با نانوذره‌های نیکل

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 11، دوره 14، شماره 1، خرداد 1399، صفحه 109-125   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

محمد سلیمانی لشکانری^{* 1}؛ رضا خاکپور²؛ جابر فلاح³

¹استادیار مهندسی شیمی، آزمایشگاه تحقیقاتی الکتروشیمی پیل‌سوختی و مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران

²دانشجوی کارشناسی ارشد، موسسه آموزش عالی کاوش، محمودآباد، ایران

³کارشناسی ارشد، دانشکده شیمی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

در این پژوهش، پلی‌‌آنیلین از طریق چرخه‌‌های آمپرولت‎سنجی در محیط اسیدی بر سطح الکترود کربن شیشه‌ای تشکیل شد. پس از آن یون‌های نیکل از طریق غوطه‌ورسازی الکترود در محلول نیکل بر سطح پلی‌آنیلین قرار گرفت. با اعمال چرخه‌های آمپرولت‎سنجی در گستره 0 تا 1 ولت، فلز نیکل بر سطح پلی‌آنیلین رسوب داده شد. سپس، با روش‌های آمپرولت‎سنجی چرخه‌ای و آمپرزمان‎سنجی ویژگی الکتروکاتالیستی الکترود اصلاح شده برای اکسایش متانول در محیط بازی مورد بررسی قرار گرفت. افزون بر آزمون‌های آزمایشگاهی، عملکرد الکترود پلی‌آنیلین/نیکل با روش نظری تابع چگال بررسی شد. نتایج آزمون آمپرولت‎سنجی چرخه‌ای نشان داد که با افزایش سرعت روبش، پیک جریان آندی افزایش می‌یابد و همچنین، آزمون کرنوآمپرومتری مشخص کرد که پلی‌‌آنیلین/نیکل از پایداری مناسبی نسبت به زمان برخوردار است. در بررسی محاسباتی، با انرژی جذب متانول بر سه موقعیت متفاوت از پلی‌آنیلین/نیکل، مشخص شد که بهترین موقعیت برای جذب متانول، موقعیت M1 است که کمترین انرژی جذب را دارد و پایدارترین حالت است. نتایج به‌دست آمده از بررسی مسیر واکنشی نشان داد که بهترین مسیر با داشتن پایین‌ترین انرژی فعال‌سازی مربوط به جداشدن نخستین اتم هیدروژن از اکسیژن موجود در متانول است.

کلیدواژه‌ها

پلی‌آنیلین؛ نیکل؛ الکتروکاتالیست؛ متانول؛ نظریه تابعیت چگالی

مراجع

[1] Maya-Cornejo, J.; Garcia-Bernabé, A.; Compañ, V.; Int. J. Hydrog. Energy. 43, 872-884, 2018.
[2] McElroy, J.; Venkataraman, S.; Finn, J.; Levan, M.D.; Mitlitsky, F.; US Patent 20100239924A1, 2018.
[3] Serov, A.; Artyushkova, K.; Niangar, E.; Wang, C.; Dale, N.; Jaouen, F.; Sougrati, M.T.; Jia, Q.; Mukerjee, S.; Atanassov, P.; Nano Energy 16, 293-300, 2015.
[4] Abdullah, N.; Kamarudin, S.K.; Shyuan, L.K.; Karim, N.A.; Int. J. Hydrog. Energy 26, 112-118, 2018.
[5] Carrillo, I.;  Leo, T.J.; Santiago, O.; Acción, F.; Moreno-Gordaliza, E.; Raso, M.A.; Int. J. Hydrog. Energy 43, 16913-16921, 2018.
[6] Chai, Z.; Zhang, C.; Wang, H.; Bi, X.; Bai, P.; Wang, X.; Int. J. Hydrog. Energy 44, 4794-4808, 2019.
[7] Liu, H.; Song,C.; Zhang, L.; Zhang, J.; Wang, H.; Wilkinson, D.P.; J. Power Sources 155, 95-110, 2006.
[8] Jang, H.D.; Kim,S.K.;  Chang,H. J; Choi,. H.; Cho, B.G.; Jo, E.H.; Choi, J.W. ; Huang, J.; Carbon 93, 869-877, 2015.
[9] Çögenli,M.S.; Yurtcan, A.B.; Int. J. Hydrog. Energy. 43, 10698-10709, 2018.
[10] Huynh,T.T.; Pham,H.Q.; Van Nguyen, A.; Mai, A.T.N.; Nguyen, S.T.; Bach, L.G. D.; Vo, V.N.; Int. J. Hydrog. Energy 25,114-125, 2018.
[11] Zhu, J. F.; Cheng, Z.; Tao, J.; J. Phys. Chem. C. 112, 6337-6345, 2008.
[12] Molapo,K.M.; Ndangili, P.M.; Ajayi, R.F.; Mbambisa,G.;  Mailu, S.M.; Njomo, N. M.; Masikini, P.; Baker, E.I.; Int. J. Electrochem. Sci. 7, 11859-11875, 2012.
[13] Parveen,N.;  Mahato, N.; Ansari, M.O.; Cho, M.H.; Compos. Part B-Eng. 87, 281-290, 2016.
[14] Wang, H.; Ma, L.; Gan, M.; Zhou,T.;  Sun, X.; Dai,W.; Wang, S.; Compos. Part B-Eng.  92, 405-412, 2016.
[15] Wang, H.;  Lin, J.; Shen, Z.X.; J. Sci: Adv. Mat. Dev. 1, 225-255, 2016.
[16] Vij,V.; Sultan, S.; Harzandi, A.M.; Meena, A.; Tiwari, J.N.; Lee, W.G.; Yoon, T.; Kim, K.S.; Acs Catalysis 7, 7196-7225, 2017.
[17] Osouleddini, N.; Rastegar, S.F.; Electron. Spectros. Relat. Phenomena 232, 105-110, 2018.
[18] Basri, S.; Kamarudin, S.K.; Wan Daud, W.Z.;  khadum, A.H.; Int. J. Energy Res. 39, 181-190, 2015.
[19] Sheng,T.; Sun ,S.G.; J. Electroanal. Chem. 781, 24-29, 2016.
[20] Delley, B.; The Journal of chemical physics 92, 508-517, 1990.
[21] Delley, B.; The Journal of physical chemistry 100, 6107-6110, 1996.
[22] Perdew, J.P.; Chevary, J.A.; Vosko, S.H.; Jackson, K.A.; Pederson, M.R.;  Singh, D.J.; Physical Review B 46, 6671, 1992.
[23] Perdew, J.P.; Wang, Y.; Physical Review B 46, 12947, 1992.
[24] Khouchaf, A.; Takky,D.; Chbihi, M.E.; Benmokhtar, M.S.; Journal of Materials Science and Chemical Engineering 4, 97, 2016.
[25] Nagashree, K.L.; Ahmed, M.F.; Journal of Solid State Electrochemistry 14, 2307-2320, 2010.
[26] Ghasemi, A.K.; Lashkenari, M.S.; Shabanian, S.R.; Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 91, 345-357, 2018.
[27] Sheikh-Mohseni, M.H.; Nezamzadeh-Ejhieh, A.; Electrochimica Acta 147, 572-581, 2014.