شماره مدرك :
17239
شماره راهنما :
1867 دكتري
پديد آورنده :
غلاميان، مرضيه
عنوان :

سنتز و ارزيابي كاتاليست هاي Pd-M/rGO (Cu, Sn) و Pd/(rGO/PMF) NC به عنوان آند پيل سوختي غشاي تبادل آنيون جهت كاربرد در الكل سنج تنفسي

مقطع تحصيلي :
دكتري
گرايش تحصيلي :
شيمي فيزيك
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1400
صفحه شمار :
شانزده، 129ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمد ژياني
استاد مشاور :
بهزاد رضايي، امير عبدالملكي
توصيفگر ها :
الكل سنج تنفسي بر پايه پيل سوختي , واكنش اكسايش اتانول , گرافن اكسيد احيا شده , نانوذرات پالاديوم , آلياژ پالاديوم-مس , آلياژ پالاديوم-قلع , پلي ملم فرمالدهيد، نانوكامپوزيت , محيط قليايي
استاد داور :
علي اصغر انصافي، اسماعيل شمس سولاري، محمد محسن مومني
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/11/20
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
شيمي
دانشكده :
شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/11/20
كد ايرانداك :
2802768
چكيده فارسي :
در اين رساله، الكتروكاتاليست¬هايي متشكل از نانوذرات پالاديوم (Pd) و نانوآلياژهاي فلزات پالاديوم-مس(Pd-Cu) و پالاديوم- قلع (Pd-Sn) روي بستر گرافن اكسيد احيا شده (rGO) و ترسيب الكتروشيميايي پالاديوم روي بستر جديد نانوكامپوزيت (گرافن اكسيد احيا شده/ پلي¬ملم فرمالدهيد) (rGO/PMF) NC تهيه ¬شد و پس از شناسايي ريزساختارها، براي واكنش اكسايش اتانول در غلظت¬هاي الكل¬سنج تنفسي در محيط قليايي مورد استفاده قرار گرفت. براي شناسايي نمونه¬هاي ساخته شده در اين رساله، تكنيك¬هاي شناسايي مختلفي همچون طيف¬سنجي مادون قرمز تبديل فوريه، پراش پرتو ايكس، تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني و ميكروسكوپ الكتروني عبوري، طيف سنجي فوتوالكتروني پرتو ايكس، طيف¬سنج رامان و مدل برونر، امت وتلر انجام شد. در بخش اول رساله، نانوذرات Pd و نانوآلياژ فلزات Pd-Cu با نسبت¬هاي اتمي مختلف پالاديوم روي بستر گرافن اكسيد احياشده ساخته-شد و ريزساختارهاي آن به كمك تكنيك¬هاي مختلف شناسايي شد. سپس، فعاليت آن در واكنش اكسايش اتانول در غلظت¬هاي محدوده الكل¬سنج تنفسي در محيط قليايي مورد ارزيابي قرارگرفت. بالاترين فعاليت و كمترين پتانسيل آغازين براي نمونه¬يPd0.9-Cu0.1/rGO در واكنش الكترواكسايش اتانول به¬دست آمد. عملكرد الكتروشيميايي Pd/rGO و Pd0.9-Cu0.1/rGO در غلظت¬هاي مختلف (50 ،40 ،30 ،20 ، 10، 5) براي اين واكنش مقايسه شد. ارزيابي¬هاي ولتامتري چرخه¬اي، پايداري Pd0.9-Cu0.1/rGO را در طي 600 چرخه نشان داد. در بخش دوم رساله، نانوآلياژ فلزات Pd-Sn با نسبت¬هاي اتمي مختلف پالاديوم روي بستر هيبريدي گرافن اكسيد ساخته¬شده و ريزساختار آن به كمك تكنيك¬هاي مختلفي شناسايي شد. سپس، فعاليت آن در واكنش اكسايش اتانول در غلظت¬هاي محدوده الكل¬سنج تنفسي در محيط قليايي مورد ارزيابي قرارگرفت. بالاترين فعاليت و كمترين پتانسيل آغازين در واكنش الكترواكسايش اتانول براي نمونه¬ي Pd0.8-Sn0.2/rGO به¬دست آمد. در بخش سوم رساله، ارزيابي عملكرد پيل سوختي اتانولي در غلظت¬هاي مختلف براي كاتاليست سنتز شدهPd0.9-Cu0.1/rGO روي فوم نيكل به عنوان الكترود آند و نانو كاتاليست اهن-كبالت برروي بستر پارچه كربني به عنوان الكترود كاتد در محيط قليايي و دماي C ₒ 34 انجام شد. مقايسه عملكرد الكتروشيمياي اين كاتاليست با استفاده از تست¬هاي ولتاژ برحسب جريان، چگالي توان و پلاريزاسيون آندي و كاتدي مورد بررسي قرار گرفته¬شد. با توجه به نمودار I-V، دشارژ جريان براي غلظت mM 50 ،40 ،30 ،20 ،10 ،5، به¬ترتيب در mA cm-2 28/3، 68/20،266/2 ،13/2 ،01/1 متوقف شده¬است. در آخرين بخش، نانوكامپوزيت (گرافن اكسيد احيا شده/ پلي¬ملم فرمالدهيد) به¬عنوان بستر جديد ساخته¬شد. ساختار و مورفولوژي آن به كمك تكنيك¬هاي مختلفي شناسايي و ارزيابي شد. مساحت سطح ويژه و ميانگين قطر منافذ (rGO/PMF) NC به ترتيب m2 gr 61/481 و nm 23/10 بود. سپس ترسيب الكتروشيميايي Pd روي بستر (rGO/PMF) NC انجام شد. ملم به¬عنوان منبع غني نيتروژن در ساختار كاتايست باعث افزايش فعاليت آن مي¬شود، به¬دليل اينكه گروه¬هاي عاملي حاوي نيتروژن، ظرفيت نگه داشتن نانوذرات Pd بيشتر را به صورت يكنواخت روي بستر فراهم مي¬كند. Pd/(rGO/PMF) NC در مقايسه با Pd/rGO دانسيته جريان بالاتر داشت و پتانسيل آغازين آن نسبت به Pd/rGO به اندازه mV 110 شيفت پيدا كرده است. در ادامه، فعاليت Pd/(rGO/PMF) NC در واكنش اكسايش اتانول در غلظت¬هاي محدوده الكل¬سنج تنفسي در محيط قليايي مورد ارزيابي قرارگرفت. دوپينگ نيتروژن و نقص ساختاري باعث افزايش انتقال الكترون بين Pd و بستر (rGO/PMF) NC شده است. اين كار نه تنها يك كاتاليست مناسب براي واكنش اكسايش اتانول را پيشنهاد داده¬است، بلكه، يك كاتاليست جديد مبتني بر نيتروژن براي ساير كاربردهاي مختلف الكتروشيمي را نيز معرفي مي¬كند. از نتايج تحقيق مي¬توان به عنوان كاتاليست¬هاي الكترود آند در سيستم حسگر الكل¬سنج تنفسي بر پايه سلول سوختي استفاده كرد.
چكيده انگليسي :
In this thesis, various electrocatalysts were prepared such as Pd nanoparticles and Pd-Cu and Pd-Sn alloys on reduced graphene oxide (rGO) substrate and Pd electrochemical deposition on a new substrate of reduced graphene oxide/ poly (melem-formaldehyde) nanocomposite (rGO/PMF) NC for ethanol oxidation reaction (EOR). Than, different elechtrochemical tests were performed in low ethanol concentrations in order to application in fuel cell-based breath alcohol analyzer (FCBrAA) in alkaline media. In the following, samples characterization were applied using several techniques such as fourier transform infrared (FT-IR), raman, X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM) and Barrett-Joyner-Halenda (BET), Brunauer-Emmett-Teller (BJH) analysis. In the first section, Pd nanoparticles and alloys of Pd-Cu with different palladium atomic ratios were synthesized on the rGO support. The highest activity and the lowest onset potential (Eonset) in the EOR were obtained for the Pd0.9-Cu0.1 /rGO sample. The electrochemical performance of Pd/rGO and Pd0.9-Cu0.1/rGO were compared at different concentrations (5, 10, 20, 30, 40, 50). The cyclic voltammetry eva‎luations results showed a long-term durability for Pd0.9-Cu0.1/rGO in comparison to the Pd/rGO during 600 cycles. In the second section, alloys of Pd-Sn with different palladium atomic ratios were synthesized on the graphene oxide support as the EOR electrocatalysts in low ethanol concentrations in order to use in FCBAAs. The highest activity and the lowest onset potential in the ethanol electrooxidation reaction were obtained for the Pd0.8-Sn0.2 /rGO sample. In the third section, eva‎luation of ethanol fuel cell has been performed at different concentrations for the Pd0.9-Cu0.1/rGO synthesized catalyst on the nickel foam as an anode electrode and the Fe-Co/KB nanocatalyst on a carbon cloth substrate as a cathode electrode in an alkaline media at a temperature of 34 ₒC. Comparison of the electrochemical performance of this catalyst has been investigated using power, I-V and anodic and cathodic polarization curves. The current discharge of I-V curve stoped in 3.285, 2.683, 2.266, 2.135, 1.005 mA cm-2 for concentrations 50, 40, 30, 20, 10, 5 mM, respectively. In the last section, (rGO/PMF) NC were fabricated as a new substrate. Several techniques were applied for the structural and chemical characterization of (rGO/PMF) NC. The specific surface area and average pore diameter of (rGO/PMF) NC were 481.61 m2 g−1 and 10.23 nm, respectively. The plentiful nitrogen of (rGO/PMF) NC can increase the anchoring Pd NPs; as a result, the more electrodeposition of Pd NPs on substrate enhanced the more electrochemical activity. Eonset of Pd/(rGO/PMF) NC was negatively shifted to 110 mV, as compared to Pd/rGO and the current density of Pd/(rGO/PMF) NC was enhanced in comparison to Pd/rGO. Nitrogen doping and structural defects are given escalade strong electron transfer among Pd NPs and (rGO/PMF) NC support, improve the Pd NPs dispersion, and catalyst activity. Pd/(rGO/PMF) NC was applied as the ethanol oxidation reaction electrocatalysts in low ethanol concentrations in order to use in FCBAAs in alkaline media. This work not only suggested a favorable catalyst for EOR, but also improved a nitrogen-based material, which could be regarded as supporting materials for different catalysts and other related fields. The results of the research can be used for the development of an anion-exchange membrane fuel cell anode for breath alcohol analyzer application.
استاد راهنما :
محمد ژياني
استاد مشاور :
بهزاد رضايي، امير عبدالملكي
استاد داور :
علي اصغر انصافي، اسماعيل شمس سولاري، محمد محسن مومني
لينک به اين مدرک :

بازگشت