عنوان
تهيه و ارزيابي كاتاليست‌هاي IrO2، RuO2 و IrRuOX بر روي نانو ساختارهاي TiO2 در واكنش آزادسازي اكسيژن براي الكتروليز آب با غشاي تبادل پروتون
نويسنده اصلي
بلالي دهكردي، هايده
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
شيمي
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
به دليل افزايش آلودگي هواي كره‌ي زمين در سال‌هاي اخير، هيدروژن به‌عنوان حامل انرژي توجه ويژه‌اي را به خود جلب كرده است. هيدروژن يك حامل انرژي پاك و انعطاف‌پذير است كه مي‌تواند براي تأمين انرژي و گرما در صنايع مختلف مورداستفاده قرار گيرد و از دو منبع سوخت‌هاي فسيلي و الكتروليز توليد مي‌شود. الكتروليز به‌عنوان پاك‌‌‌ترين روش توليد هيدروژن خالص با استفاده از منابع انرژي تجديد پذير شناخته‌شده است. به‌طوركلي، يك حامل انرژي مطلوب و رضايت‌بخش بايد همواره در دسترس باشد و اتلاف انرژي قابل‌توجهي نيز به همراه نداشته باشد. هيدروژن توليدشده به روش الكتروليز مي‌تواند گزينه‌اي عالي براي ذخيره‌ي مقدار زيادي انرژي باشد. در حال حاضر هيدروژن بالا‌‌ترين چگالي جرمي مخصوص انرژي را در بين تمام سوخت‌هاي شناخته‌شده دارد. در فرايند الكتروليز آب، گاز اكسيژن از طريق اكسايش آب در آند و همچنين گاز هيدروژن از طريق كاهش يون هيدروژن در كاتد، آزاد مي‌شوند. به‌اين‌ترتيب، بازده توليد هيدروژن نه تنها به نوع الكتروكاتاليست مورداستفاده در كاتد بستگي دارد، بلكه به ميزان زيادي به شرايط حاكم بر نيم‌واكنش آندي و الكتروكاتاليست مورداستفاده در آن نيز وابسته است.
هدف از انجام اين رساله، طراحي، ساخت و ارزيابي الكتروكاتاليستي مبتني بر فلزات نجيب ايريديوم و روتنيوم است كه بتواند در محيط اسيدي و شرايط سخت (pH پايين و پتانسيل بالا) واكنش آزادسازي اكسيژن، كارايي بالايي را به همراه پايداري مطلوب تأمين نمايد. در اولين گام، پس از بهينه‌سازي مراحل مختلف ازجمله انتخاب درصد وزني بهينه‌ي كاتاليست نسبت به بستر، بهينه‌سازي زمان قرار¬گيري جوهر كاتاليست در حمام فراصوت و بهينه‌سازي مقدار جوهر كاتاليست براي بارگذاري بر روي الكترود كار به تهيه‌ي كاتاليست‌ها پرداخته شد. الكتروكاتاليست‌ها متشكل از 80 درصد وزني از اكسيد فلزات نجيب شامل ايريديوم و روتنيوم و مخلوط اين دو با نسبت 60:40 ايريديوم اكسيد به روتنيوم اكسيد، بر روي بسترهاي نانو ذرات و نانولوله‌هاي تيتانيوم اكسيد ساخته شدند. بسترهاي نانو ذرات تيتانيوم اكسيد 25 P و نانولوله‌هاي تيتانيوم اكسيد تهيه‌شده به روش الكتروشيميايي به‌منظور ساخت كاتاليست‌ها به روش آدامز-فيوژن اصلاح‌شده مورداستفاده قرار گرفته شدند.
در اين مطالعه، به‌منظور تجزيه‌و‌تحليل جامع، كاتاليست‌ها به دو گروه تقسيم شدند. كاتاليست‌هاي مبتني بر اكسيد ايريديوم در گروه اول و كاتاليست‌هاي متشكل از مخلوط اكسيدهاي ايريديوم و روتنيوم به گروه دوم تعلق دارند. به‌منظور شناسايي ساختار كاتاليست‌ها، از روش‌هاي مختلفي شامل الگوي پراش پرتوايكس، تصويربرداري ميكروسكوپي الكتروني عبوري و طيف‌سنجي فوتوالكتروني پرتو-ايكس استفاده شد. ارزيابي فعاليت به روش‌هاي ولتامتري چرخه‌اي، ولتامتري روبش خطي و طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي صورت گرفت. ارزيابي پايداري به‌طور جامع به روش‌هاي ولتامتري چرخه‌اي و آزمون‌هاي كرونوپتانسيومتري و كرونوآمپرومتري انجام شد.
نتايج ارزيابي فعاليت كاتاليست‌هاي سري اول، بار ولتامتري كل را براي IrO2/TNTبه ميزان 1mC mgIr- 43/2958 نشان داد كه تقريباً شش برابر مقدار مربوط به IrO2 بدون بستر است (1mC mgIr- 85/502). استفاده از بستر TNT براي IrO2 موجب شد تا فعاليت جرمي از 1mA mgIr- 25/25 براي IrO2 بدون بستر به 1mA mgIr- 42/109 براي IrO2/TNT در 60/1 ولت افزايش يابد. تصويرهاي TEM كاهش ميانگين قطر ذرات IrO2 را از 30/13 نانومتر به 90/7 نانومتر براي IrO2/TNTو نتايج آزمون‌هاي پايداري دوام بيشتر IrO2/TNT را نشان دادند. در ارزيابي فعاليت كاتاليست‌هاي سري دوم، بار كل و ميانگين قطر ذرات IrRuOX/TNT به ترتيب 50/3647 ميلي كولن بر ميلي‌گرم فلز نجيب و 85/7 نانومتر و بار كل و ميانگين قطر ذرات كاتاليست IrRuOX بدون بستر برابر با 00/1655 ميلي كولن بر ميلي‌گرم فلز نجيب و 92/12 نانومتر به دست آمد.
شماره ركورد
227471
گرايش رشته تحصيلي
شيمي فيزيك
دانشكده
شيمي
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان