بررسی فعالیت کاتالیستی نانوکامپوزیت پالادیم- نانولوله های کربنی جهت الکترواکسایش متانول در پیل های سوختی و مقایسه آن با کاتالیست پلاتینی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسنده

استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، مجتمع آموزش عالی اسفراین، اسفراین، خراسان شمالی، ایران

چکیده

در این تحقیق، نانوکامپوزیت پالادیم- نانولوله‌های کربنی- چیتوسان سنتز و با تکنیک های XRD و TEM شناسایی شد. نانوکامپوزیت سنتزشده برای اصلاح سطح الکترودهای کربن شیشه ای مورد استفاده واقع گردید. با استفاده از تکنیک‌ ولتامتری چرخه‌ای، فعالیت الکتروشیمیایی الکترود اصلاح‌شده (GC/MWCNTs-PdNPs-CH) برای الکترواکسایش متانول در محلول 5/0 مولار سدیم هیدروکسید و 0/1 مولار متانول مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود که نانو کامپوزیت سنتز شده فعالیت بسیار بالایی جهت اکسایش متانول از خود نشان می دهد و از این رو، قابلیت استفاده به عنوان آند پیل های سوختی متانولی را داراست. اثر عوامل تجربی نظیر غلظت‌ های متانول و الکترولیت، محدوده پتانسیل و سرعت روبش پتانسیل بر دانسیته جریان آندی و پتانسیل اکسایش متانول نیز مورد بررسی واقع شد. همچنین در مقایسه فعالیت الکتروشیمیایی نانوکاتالیست پالادیم جهت اکسایش متانول با نوع پلاتینی مشخص گردید که نانوکاتالیست پالادیم، فعالیتی قابل ملاحظه و در حد کاتالیست حاوی نانوذرات پلاتین دارد و از این رو می تواند جایگزین بسیار مناسبی برای پلاتین در فرآیند الکترواکسایش متانول باشد. همچنین این جایگزینی، قیمت تمام شده کاتالیست را نیز کاهش می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

[1]    H. Zhao, J. Yang, L. Li, H. Li, J. Wang & Y. Zhang, “Effect of over-oxidation treatment of Pt-Co/polypyrrole-carbonnanotube catalysts on methanol oxidation” International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 34, pp. 3908 – 3914, 2009.

 

[2]    V. S. Bagotsky, “Fuel Cells, Problems and Solutions”, John Wiely & Sons Inc., America, 2009.

 

[3]    Elvers, B. (editor), “Handbook of Fuels, Energy Sources for Transportation” John Wiely & Sons, Inc., America, 2008.

 

[4]    J. Hosseini, & A. Bodaghi, “Preparation of palladium nanoparticles-titanium electrodes as a new anode for direct methanol fuel cells”, Journal of Solid State Electrochemistry, Vol. 15, pp. 795 – 800, 2011.

 

[5]    K. J. Hong, C. S. MookHoon, N. S. Ho, S. M. Hee & C. S. Bae, “Influence of Sn content on PtSn/C catalysts for electrooxidation of C1–C3 alcohols: Synthesis, characterization, and electrocatalytic activity”, Applied Catalysis B: Environmenal, Vol. 102, pp. 82-89, 2008.

 

[6]    M. K. Jeon, K. R. Lee, H. Daimon, A. Nakahara & S. I. Woo, “Pt45Ru45M10/C (M = Fe, Co, and Ni) catalysts for methanol electro-oxidation” Catalysis Today, Vol. 132, pp. 123–126, 2008.

 

[7]    H. X. Huang, S. X. Chen & C. Yuan, “Platinum nanoparticles supported on activated carbon fiber as catalyst for methanol oxidation”, Journal of Power Sources, Vol. 175, pp. 166–174, 2008.

 

[8]    S. H. Joo, C. Pak, D. J. You, S. A. Lee, H. I. Lee, J. M. Kim, H. Chang & D. Seung, “Ordered mesoporous carbons (OMC) as supports of electrocatalysts for direct methanol fuel cells (DMFC): Effect of carbon precursors of OMC on DMFC performances”, Electrochimica Acta, Vol. 52, pp. 1618–1626, 2006.

 

[9]    S. H. Ahn, O. J. Kwon, S. K. Kim, I. Choi & J. J. Kim, “Electrochemical preparation of Pt-based ternary alloy catalyst for direct methanol fuel cell anode”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 35, pp. 13309–13316, 2010.

 

[10]    س. م. دانشمند، م. ذاکری، ع. م. بیگی، و ع. نظری، "تاثیر گرافن بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت مس/گرافن"، فصلنلمه علمی-پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 2، صفحه 141-148، 1394.

 

[11] H. Tong, H. L. Li & X. G. Zhang, “Ultrasonic synthesis of highly dispersed Pt nanoparticles supported on MWCNTs and their electrocatalytic activity towards methanol oxidation”, Carbon, Vol. 45, pp. 2424–2432, 2007.

 

[12] L. Yang, J. Chen, X. Wei, B. Liu & Y. Kuang, “Ethylene diamine-grafted carbon nanotubes: A promising catalyst support for methanol electro-oxidation”,Electrochimica Acta, Vol. 53, pp. 777–784, 2007.

[13] م. ترابی و م. فربودی، "تهیه نانوکامپوزیت پلی استایرن-کربن نانوتیوب چنددیواره با خواص مکانیکی بهبودیافته با بکارگیری روش رویه پاسخ"، فصلنلمه علمی-پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 3، صفحه 49-65، 1395.

 

[14] R. Pattabiraman, “Electrochemical investigations on carbon-supported palladium catalysts”, Applied Catalysis A: General, Vol. 153, pp. 9-20, 1997.

 

[15] F. Nitze, M. Mazurkiewicz, A. Malolepszy, A. Mikolajczuk, P. Kedzierzawski, C. W. Tai, G. Hu, K. J. Kurzydłowski, L. Stobinski, A. Borodzinski & T. Wågberg, “Synthesis of palladium nanoparticles decorated helical carbon nanofiber as highly active anodic catalyst for direct formic acid fuel cells”, Electrochimica Acta, Vol. 63, pp. 323– 328, 2012.

 

[16] J. Li, J. Ren, G. Yang, P. Wang, H. Li, X. Sun, L. Chen, J. T. Ma & R. Li, “Simple and efficient deposition of Pd nanoparticles on Fe3O4 hollow nanospheres: A new catalytic system for methanol oxidation in alkaline media”, Materials Science and Engineering B, Vol. 172, pp. 207-212, 2010.

 

[17] Z. Liu, X. Zhang & L. Hong, “Physical and electrochemical characterizations of nanostructured Pd/C and PdNi/C catalysts for methanol oxidation”, Electrochemistry Communications, Vol. 11, pp. 925-928, 2009.

 

R. Khaleghian-Moghadam, M. Noroozifar, M. Khorasani-Motlagh & M. S. Ekrami-Kakhki, “Electrochemical activities of platinum-decorated multi-walled carbon nanotube/chitosan composites for the oxidations of alcohols”, Journal of Solid State Electrochemistry, Vol. 17, pp. 643–654, 2013.