دانشگاه مازندران

دانشکده شیمی

پایان نامه دوره کارشناسی ارشد در رشته شیمی گرایش شیمی­فیزیک

موضوع:

بررسی فعالیت نانوکاتالیست آندی بر پایه پلاتین جهت کاربرد در پیل های سوختی الکلی مستقیم (متانول، 2-پروپانول و،2،1- پروپان دی ال)

استاد راهنما:

دکتر عبدالله عمرانی

استاد مشاور:

دکتر عباسعلی رستمی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول:مقدمه­ ای بر پیل­های سوختی

1-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………. 2

1-2- پیل سوختی چیست؟………………………………………………………………………. 2

1-3- تاریخچه………………………………………………………………………………….. 4

1-4- کاربرد­های پیل سوختی…………………………………………………………………… 6

1-5- انواع پیل سوختی………………………………………………………………………… 7

1-5-1- پیل سوختی پلیمری یا غشاء مبادله کننده پروتون…………………………… 7

1-6- پیل­های سوختی الکلی مستقیم………………………………………………………… 9

1-7- سوخت­های مورد استفاده در پیل­های سوختی الکلی……………………………….. 10

1-7-1- متانول به­عنوان سوخت……………………………………………………………….. 10

1-7-1-1- پیل سوختی متانول مستقیم…………………………………………………….. 11

1-7-2- 2-پروپانول………………………………………………………………………………. 15

1-7-2-1- پیل سوختی 2-پروپانولی مستقیم……………………………………………. 15

1-7-3- پروپیلن­گلیکول………………………………………………………………………. 16

1-7-3-1- پیل سوختی 1و2-پروپان­دی­ال مستقیم………………………………………….. 16

1-8- کاتالیست مورد استفاده در آند پیل­های سوختی……………………………………. 17

1-8-1- بهبود کاتالیست پلاتین با استفاده از بسترهای مختلف……………………….. 18

1-8-1-1- کربن بلک………………………………………………………………………….. 19

1-9- مطالعه اکسیداسیون الکل­ها روی الکتروکاتالیست­های بر پایه پلاتین………………….. 20

1-9-1- سینیتیک واکنش اکسیداسیون متانول در DMFC…………………………………..

1-9-2- مکانیسم اکسایش متانول………………………………………………………….. 22

1-9-2- اکسیداسیون 2-پروپانول و پروپیلن­گلیکول روی الکتروکاتالیست­های برپایه پلاتین……… 23

1-10- اهداف پروژه………………………………………………………………………………….. 29

فصل دوم مبانی نظری

2-1- مقدمه…………………………………………………………………………………… 31

2-2- تکنیک­های مورد استفاده……………………………………………………………….. 31

2-3- ولتامتری……………………………………………………………………………………. 32

2-3-1- ولتامتری با روبش خطی پتانسیل…………………………………………………… 32

2-3-2- ولتامتری چرخه‏ای………………………………………………………………….. 32

2-3-3- عوامل موثر در واکنش­های الکترودی در حین ولتامتری چرخه­ ای………………. 33

2-3-4- نحوه عمل در ولتامتری چرخه ­ای………………………………………………… 34

2-4- نمودارهای تافل…………………………………………………………………… 35

2-5- روش طیف­‏نگاری امپدانس الکتروشیمیایی………………………………………… 36

2-6- مشخصه­یابی سطح الکترود……………………………………………………………. 48

2-6-1- SEM…………………………………………………………………………………..

2-6-2- EDS………………………………………………………………………………………

فصل سوم: بخش تجربی

3-1- مواد شیمیایی……………………………………………………………………….. 41

3-2- دستگاه‌های مورد استفاده…………………………………………………………… 41

3-3- الکترود­های به­کار گرفته شده در روش­های ولتامتری………………………………… 44

3-4- تهیه کاتالیست پلاتین/کربن…………………………………………………………. 44

3-5-تهیه جوهر کاتالیست………………………………………………………………… 44

3-6- آماده­سازی الکترود کربن­شیشه………………………………………………… 45

فصل چهارم: بحث و نتیجه­ گیری

4-1- کلیات………………………………………………………………………………….. 47

4-2- بررسی ریخت­شناسی و تجزیه عنصری……………………………………………. 47

4-3- ولتامتری چرخه­ایPt/C  در محلول قلیایی…………………………………………. 49

4-4- بررسی فعالیت و پایداری کاتالیست  Pt/Cدر محلول بازی متانول………………. 51

4-4-1- بررسی ولتاموگرام چرخه­ای الکترود Pt/C/GC در محلول بازی متانول…………. 51

4-4-2- بررسی منحنی­‌های EIS و کرونوآمپرومتری الکترود Pt/C/GC در اکسایش متانول…. 53

4-5- بررسی فعالیت و پایداری کاتالیست  Pt/Cدر محلول قلیایی 2-پروپانول……….. 56

4-5-1- بررسی ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود Pt/C در اکسیداسیون 2-پروپانول………… 56

4-5-2- بررسی منحنی­‌های نایکوئیست و کرونوآمپرومتری کاتالیست Pt/C در اکسایش 2-پروپانول… 59

4-6- بررسی فعالیت و پایداری کاتالیست  Pt/Cدر اکسیداسیون 1و2-پروپان‌دی‌ال……….. 60

4-6-1- ولتامتری چرخه‌ای الکترود Pt/C/GC در محلول قلیایی 1و2-پروپان‌دی‌ال…………… 60

4-6-2-بررسی پایداری Pt/C اکسیداسیون 1و2-پروپان‌دی‌ال………………………………… 62

4-7- بررسی عملکرد کاتالیست پلاتین/کربن در اکسیداسیون سوخت‌های مختلف…. 64

4-7-1- بررسی و مقایسه ولتاموگرام‌های چرخه‌ای الکترود Pt/C/GC در اکسیداسیون متانول، 2-پروپانول و 1و2-پروپان‌دی‌ال در محیط قلیایی…..65

4-7-2- مقایسه و بررسی نمودارهای ولتامتری روبش خطی Pt/C در اکسیداسیون الکل­های مختلف………67

4-7-3-  مقایسه و بررسی نمودارهای تافل کاتالیست Pt/C  در اکسیداسیون الکل‌ها…………. 68

4-7-4- بررسی نمودارهای کرونوآمپرومتری الکترود  Pt/C/GCدر اکسیداسیون الکل‌های مختلف… 69

4-7-5- مطالعات اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی الکترود  Pt/C/GCدر اکسیداسیون الکل‌های مختلف.. 72

4-8-نتیجه گیری……………………………………………………………………………………….. 75

4-9-پیشنهادات…………………………………………………………………………………….. 76

4-10-منابع………………………………………………………………………………………. 77

چکیده:

در این پروژه ابتدا نانوکاتالیست پلاتین/کربن به وسیله‌ی کاهش شیمیایی نمک پلاتین با کاهنده شیمیایی سدیم بور هیدرید سنتز شد. ویژگی‌های ساختاری و مورفولوژی نانوکاتالیست سنتز شده با استفاده از طیف­سنجی پراکنش انرژی و میکروسکوپ روبش الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. فعالیت و پایداری نانوکاتالیست Pt/C در الکترواکسیداسیون الکلهای مختلفی مانند متانول، 2- پروپانول و 1و2- پروپان­دی­ال در محیط قلیایی مورد بررسی قرار گرفت. تکنیک‌های ولتامتری چرخه‌ای، کرونوآمپرومتری و اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی برای بررسی واکنش اکسیداسیون استفاده شدند. Pt/C دانسیته جریان بالایی در اکسیداسیون 1و2-‌ پروپان­دی­ال در مقایسه با متانول و 2- پروپانول نشان می‌‌دهد. مقدار پتانسیل آغازی برای Pt/C در اکسیداسیون 1و2- پروپان دی ال مقدار منفی تر نسبت به اکسیداسیون متانول دارد که این امر به دلیل سنتیک سریع واکنش اکسیداسیون 1و2- پروپان دی ال می­باشد. نتایج آزمایشات کرونوآمپرومتری تایید می­‌کند که Pt/C دانسیته جریان پایدارتری در اکسیداسیون 1و2-‌‌‌ پروپان‌دی‌ال نشان می‌­دهد. نتایج حاصل از امپدانس الکتروشیمیایی پس از طی 100 چرخه نشان داد که مقاومت انتقال بار در اکسیداسیون 1و2-‌‌‌ پروپان‌دی‌ال کمترین مقدار و برای 2-پروپانول بیشترین مقدار را دارد. دلیل این امر این است که در اکسیداسیون1و2-‌‌‌ پروپان‌دی‌ال مقاومت کاتالیست در برابر جذب حد واسط بالاست و حد واسط ها به راحتی نمی­‌توانند سایت‌های فعال واکنش را مسدود کنند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.