ساخت الکتروکاتالیست پلاتین-آهن- وانادیوم بر پایه نانولوله های کربنی عامل دار شده به عنوان کاتد پیل سوختی پلیمری

در سال های اخیر پیل های سوختی به دلیل تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در حال حاضر پلاتین متداول ترین کاتالیست در پیل های سوختی پلیمری است که قیمت بالای آن یکی از موانع جدی در راه تجاری سازی این نوع پیل ها به شمار می رود. در این راستا نانولوله های کربنی به دلیل مساحت سطح ویژه زیاد، نسبت طول به قطر بالا و رسانایی الکتریکی فوق العاده، به عنوان لایه بستر کاتالیست انتخاب شدند. پس از عامل دارسازی نانولوله ها، کاتالیست های Pt و Pt-Fe-V با استفاده از روش کاهش اتیلن گلیکول بر روی آنها بارگذاری شد و در نهایت فعالیت الکتروکاتالیستی الکترودهای اصلاح شده در واکنش احیای اکسیژن (ORR) مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه کاتالیست های نشانده شده بر بستر نانولوله کربنی و مقایسه آن با کاتالیست تجاری Pt/C نشان داد که با استفاده از نانولوله های کربنی به جای کربن سیاه، بیشینه چگالی توان به اندازه 237 % افزایش پیدا می کند. این افزایش کارایی می تواند مربوط به پخش بهتر ذرات پلاتین و افزایش در دسترس پذیری آنها به علت ساختار هندسی ویژه نانولوله ها و یا حمل و نقل الکترونی آسان بین پلاتین و بستر کربنی به علت رسانایی فوق العاده نانولوله های کربنی در مقایسه با کربن سیاه باشد. مقایسه کاتالیست های Pt و Pt-Fe-V نشانده شده بر نانولوله کربنی نشان می دهد استفاده از کاتالیست سه گانه در مقایسه با کاتالیست یگانه تاثیر شگرفی بر افزایش کارایی کاتد پیل سوختی پلیمری خواهد داشت. در واقع ترکیب فلزات واسطه با پلاتین باعث می شود که واکنش احیای اکسیژن با عبور از مسیر 4 الکترونی، سریع تر صورت بگیرد. افزایش کارایی Pt، می تواند ناشی از آلیاژ شدن Pt با Fe و V و در نتیجه تغییر در ساختار الکترونیکی و اثرات هندسی باشد.

کلیدواژه ها:

نانولوله های کربنی ، عامل دارسازی ، کاتالیست Pt-Fe-V ، پیل سوختی پلیمری