15803

1627 دكتري

دكتري

شيمي فيزيك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1399

دوازده،111ص.: مصور، جدول، نمودار.

محمد ژياني

علي اصغر انصافي، مسعود آيت اللهي مهرجردي، محمد محسن مومني

1399/07/05

كتابنامه

شيمي

شيمي

1399/07/12

2636837

چكيده هدف از انجام رساله جاري ساخت ارزيابي و بهينه سازي يك مولد انرژي بر پايه پيل سوختي گلوكزي با قابليت كاركرد در شرايط نزديك به شرايط فيزيولوژي بدن انسان مي باشد با توجه به رويكردهاي موجود در مطالعه بررسي و ارزيابي پيل هاي سوختي گلوكزي كاشتني و ضرورت تحقيق جهت رفع موانع رشد و توسعه اين تجهيزات در اين تحقيق در سه بخش بررسي هايي به شرح زير انجام شده است در بخش اول رساله كاتاليست غيرپالتيني بر پايه آهن كبالت Fe Co C با متوسط اندازه ذرات 0 3 نانومتر جهت كاربرد به عنوان كاتد در پيل سوختي گلوكزي معرفي شده و كارايي آن با استفاده از سيستم سه الكترودي و نيز در پيل سوختي مورد ارزيابي قرار گرفته و نتايج سه الكترودي با كاتاليست مرسوم Pt C مقايسه شده است نتايج نشان مي دهد كه كاتد فوق در محلول بافر فسفات پيك احياي اكسيژن را نشان داده و همچنين در حضور گلوكز آ مينواسيدها و محيط واقعي سرم خون بدن انسان به صورت گزينشي احياي اكسيژن را انجام داده و هيچگونه مسموميتي نسبت به اين مواد نشان نمي دهد در طول 11 ساعت و جريان دشارژ2 0 020 mA cm در محلول بافر فسفات گلوكز افت پتانسيل كاتد 0 61 درصد بوده است كه بيانگر گزينش پذيري كاتد در واكنش احياي اكسيژن در حضور گلوكز مي باشد در بخش دوم رساله مطالعات در بخش آند پيل سوختي گلوكزي شامل معرفي و ارزيابي كاتاليست Pt rGO جهت كاربرد در اكسايش گلوكز در پيل سوختي گلوكزي ابيوتيك در محلول بافر فسفات است فعاليت كاتاليست با استفاده از روش ولتامتري چرخه اي بررسي شده وسپس درون پيل سوختي در حالت سوخت ايستا وگردشي مورد ارزيابي قرار گرفت در مدت 51 ساعت در دشارژ جريان ثابت 2 0 010 mA cm به ميزان 0 32 درصد افت ولتاژ سل با سوخت ايستا محلول بافر فسفات حاوي 0 5 ميلي موالر گلوكز اتفاق افتاد با گردش سوخت سمت آند براساس گردش خون در رگ دست انسان با دبي 1 0 33 mL s ولتاژ سل به ميزان 0 01 درصد رشد داشته است كه دليل آن بهبود انتقال جرم گلوكز روي سطح الكترود آند بوده است در بخش سوم عملكرد پيل سوختي گلوكزي ابيوتيك آند Pt rGO و كاتد Fe Co C به عنوان يك مولد انرژي در سه محيط فيزيولوژي محلول بافر فسفات گلوكز محلول بافر فسفات گلوكز آمينواسيدها و محيط واقعي سرم خون ارزيابي گرديد ميزان افت ولتاژ سل در مدت زمان 8 ساعت در جريان دشارژ 2 10 00 A cm در محلول بافر فسفات گلوكز آمينواسيدها و سرم خون به ترتيب 78 9 و 52 71 ميلي ولت به ازاي هر ساعت بوده كه به مراتب بسيار بيشتر از محيط ايده ال محلول بافر فسفات گلوكز 05 1 ميلي ولت در واحد زمان بوده است اگرچه ميزان غلظت گلوكز و اكسيژن در محيط هاي فوق تقريبا برابر است ولي حضور آمينواسيدهاي متعدد در محلول محلول بافر فسفات گلوكز آمينواسيدها دليل كاهش عملكرد پيل سوختي نسبت به محلول ايده ال محلول بافر فسفات گلوكز مي باشد همچنين وجود انواع متعدد آمينواسيدها مولكول هاي آلي تركيبات يوني و ويسكوزيته بيشتر نسبت به محيط قبلي دليل افت ولتاژ پيل سوختي در محيط سرم خون مي باشد عالوه بر اين در محيط واقعي سرم خون كارايي پيل سوختي تجهيز شده با آندي كه از كاتاليست سنتزي Pt rGO استفاده مي كند بيشتر از پيل سوختي تجهيز شده با آندي است كه از كاتاليست تجاري Pt C استفاده مي كند و به ترتيب برابر است با 2 12 50 W cm در جريان 2 A cm 00 45 ولتاژ 00 032 ميلي ولت و 2 4 60 W cm در جريان 2 45 00 A cm ولتاژ 00 301 ميلي ولت در محيط سرم خون مي باشد كلمات كليدي پيل سوختي گلوكزي محلول بافر فسفات سرم خون كاتاليست غيرپالتيني Fe Co KB كاتاليست Pt rGO احياي اكسيژن اكسايش گلوكز

Construction and evaluation of abiotically glucose fuel cells near physiological conditions in human body Saeid Barzi s barzi@ch iut ac ir Date of Submission 03 08 2020 Department of Chemistry Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree PhD Language FarsiSupervisor Dr Mohammad Zhiani E mail m zhiani@cc iut ac irAbstract The purpose of the current thesis is to build evaluate and optimize an energy generatorbased on glucose fuel cell GFC capable of operating in conditions near to the physiologicalconditions of the human body in the following three studies In the first part of the thesis a non platinum catalyst based on Fe Co C with an averageparticle size of 3 nm is introduced as the cathode of the GFC Its activity and performancehas been evaluated using a three electrode assembly and a GFC respectively and the resultshas been compared with a conventional Pt C catalyst The results show that the Fe Co Ccathode shows the oxygen reduction reaction ORR peak in phosphate buffered saline PBS and also selectively reduces oxygen in the presence of glucose amino acids and alsoin a real human blood serum During 11 hours under a discharge current of 0 2 mA cm 2 inPBS containing glucose the cathode potential drop was 16 indicating that the cathodeselectivity performed ORR in the presence of glucose In the second part of the thesis studies covered the anode side of the GFC including theintroduction and evaluation of Pt rGO reduced graphene oxide for glucose oxidation in anabiotic GFC in PBS medium During 15 hours of constant current discharge of 0 01 mA cm 2 a 23 drop in cell voltage occurred while the fuel PBS containing 5 mM glucose wasstationary When the fuel was circulated in anode side based on human arm s vein bloodflow rate 0 33 mLs 1 the cell voltage increased by 10 due to the improvement of glucosemass transfer on the surface of the anode electrode In the third part the performance of an abiotic GFC anode Pt rGO and cathode Fe Co C as an energy generator is evaluated and compared with an abiotic GFC anode commercial Pt C in three physiological environments PBS glucose PBS glucose aminoacids and real human blood serum The cell voltage drop during 8 hours under constant loadof 0 01 mA cm 2 in PBS glucose amino acids and serum media were 9 87 and 17 25 mV h 1 respectively which are much higher than the ideal medium PBS glucose which was 1 5mV h 1 In addition in real human blood serum the efficiency of the GFC utilizing thesynthetized Pt rGO anode catalyst is higher than that of a GFC utilizing commercial Pt Canode catalyst which were 12 5 W cm 2 under 54 A cm 2 discharge load 230 mV voltage compared to 4 6 W cm 2 under 45 A cm 2 discharge load 103 mV voltage Keywords glucose fuel cell phosphate bufferd saline blood serum Fe Co KB Pt rGO oxygen reduction glucose oxidation

محمد ژياني

علي اصغر انصافي، مسعود آيت اللهي مهرجردي، محمد محسن مومني