سنتز نانولوله های کربنی بر روی یک بستر رسانا به عنوان پایه الکتروکاتالیست در پیل سوختی متانولی مستقیم و مطالعه فعالیت الکتروشیمیایی آن
چکیده
پیل های سوختی به دلیل تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی در سال های اخیر بسیار مورد توجه بوده اند. از میان انواع مختلف، پیل سوختی متانولی مستقیم به عنوان گزینه ای مناسب جهت تولید انرژی در وسایل الکترونیکی قابل حمل، سهم قابل توجهی از تحقیقات پیل سوختی را به خود اختصاص داده است. اگرچه در حال حاضر پلاتین متداول ترین کاتالیست در پیل های سوختی متانولی مستقیم است، اما قیمت بالای آن یکی از موانع جدی در راه تجاری سازی این نوع پیل ها به شمار می رود. ازاین رو، هدف کلی این پایان نامه ارائه راه کارهایی در جهت افزایش بهره وری از کاتالیست پلاتین به منظور کاهش مقدار مصرفی آن و در نتیجه کاهش قیمت پیل سوختی متانولی مستقیم می باشد. در این راستا، پلاتین به روش های مختلف بر روی بستر کاغذ کربنی، که به عنوان لایه نفوذ گازی در پیل های سوختی متانولی مستقیم استفاده می شود، ترسیب گردید و فعالیت الکتروکاتالیستی آن در واکنش اکسایش متانول مورد بررسی قرار گرفت. در قسمت اول، یک راکتور ترسیب بخار شیمیایی طراحی و ساخته شد و با استفاده از آن نانولوله های کربنی مستقیماً بر روی کاغذ کربنی سنتز شدند. سپس، نانولوله ها با طلا پوشانده شده و با استفاده از ترسیب زیر پتانسیل مس و جایگزینی گالوانیک، تک لایه پلاتین بر روی نانولوله ها ترسیب گردید. فرایند ترسیب تک لایه پلاتین با روش ترسیب زیر پتانسیل بر روی کاغذ کربنی فاقد نانولوله کربنی نیز انجام شد. در قسمت دوم، نانوفیبرهای کربنی به روش شعله مستقیماً بر روی کاغذ کربنی سنتز شدند و با استفاده از روش میکروویو-پلی اُل نانوذرات پلاتین بر روی الکترود حاصل ترسیب گردید. فرایند ترسیب پلاتین بر روی الکترودهای کاغذ کربنی اصلاح شده با نانوفیبرهای کربنی با استفاده از ترسیب زیر پتانسیل مس و جایگزینی گالوانیک نیز انجام شد. در قسمت سوم، راه کار دیگری برای اصلاح بستر کاتالیست اتخاذ گردید. به این منظور، کاغذ کربنی در الکترولیت های مختلف تحت اکسایش الکتروشیمیایی قرار گرفت. سپس با استفاده از فرایند تعویض یونی- احیای الکتروشیمیایی، فلز مس بر روی الکترود اصلاح شده در شرایط بهینه، ترسیب گردید و با جایگزینی گالوانیک، پلاتین به جای مس قرار گرفت. روش های مختلف الکتروشیمیایی، پراش اشعه ایکس (xrd)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) و پیمایشی (sem) و رامان تا حد امکان برای بررسی ساختار و خواص الکتروکاتالیست ها یا بستر آن ها مورد استفاده قرار گرفتند. فعالیت الکتروکاتالیست های سنتز شده برای واکنش اکسایش متانول در محیط اسیدی حاکی از فعالیت قابل ملاحظه آن ها و نقش بسیار موثر اصلاح بستر کاغذ کربنی در افزایش بهره وری از پلاتین می باشد.
