عنوان پایان‌نامه
ساخت نانو لوله های کربنی عامل دار نیتروژنی و به کار گیری آن به عنوان پایه کاتالیست واکنش احیای اکسیژن در الکترود کاتد پیل های سوختی پلیمری
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1316.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59432
- تاریخ دفاع
- ۱۵ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- امیر یادگاری
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- در تحقیق حاضر ابتدا، نانو لوله¬های کربنی چند دیواره¬ (MWCNTs) پس از خالص سازی، با گروه¬های عاملی اکسیژن دار و نیتروژن دار تحت شرایط رفلاکس حرارتی و پلاسمای آمونیاک و هلیوم عامل دار می¬شوند. به منظور بررسی تاثیر تعداد اتم¬های نیتروژن از شرایط پلاسما با پیش ماده¬ی آمونیاک گازی برای عامل دار کردن استفاده شده است. در روش رفلاکس حرارتی از دو پیش ماده¬ی اتیلن دی آمین حاوی دو اتم نیتروژن و دی اتیلن تری آمین با سه اتم نیتروژن جهت عامل دار کردن نانو لوله¬های کربنی استفاده می¬شود. سپس نانو کاتالیست¬های پلاتین بر پایه¬ی نانو لوله¬های عامل دار شده به روش پلی¬ال و با نسبت10% وزنی فلز به پایه سنتز گردید. جهت حصول اطمینان از تشکیل گروه¬های عاملی، متوسط اندازه ذرات پلاتین و بررسی¬های ساختاری، به ترتیب از تکنیک¬های طیف سنج مادون قرمز FTIR، پراش اشعه ایکس XRD و میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM استفاده گردید. نتایج نشان دهنده¬ی حضور گروه¬های عاملی بر سطوح نانو لوله¬های کربنی در هر دو روش مورد استفاده می¬باشد؛ متوسط اندازه¬ی ذرات پلاتین بین 4 تا 5 نانومتر به دست آمد و پراکندگی مناسبی از نانو ذرات به خصوص در حضور اتم¬های نیتروژن ملاحظه¬ می¬شود، که سطوح الکتروکاتالیستی مناسبی را در اختیار مولکول¬های اکسیژن خواهد گذاشت. جهت بررسی کارایی این نانو کاتالیست¬ها، الکترودهای نفوذ گازی شامل نانو کاتالیست¬ها و خود نانو لوله¬های عامل دار بدون بار گذاری فلز ساخته شدند و این الکترود در واکنش احیای اکسیژن در یک سلول آزمایشی سه الکترودی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج به دست آمده از بررسی¬های الکتروشیمی نشان دهنده¬ی تاثیر حضور اتم¬های نیتروژن هم در حضور فاز فعال فلزی و هم در حالت عدم وجود نانو ذرات پلاتین می¬باشد. نتایج نشان می-دهد، اتم¬های نیتروژن به دلیل خصوصیات الکترون دهندگی مناسب و هدایت الکتریکی بالا در احیای الکتروکاتالیستی اکسیژن نقش کلیدی داشته و فعالیت کاتالیست را تا حدود 60 تا 70 درصد بالا می¬برند. در این بین هرچه تعداد اتم¬های نیتروژن یا غلظت گروه¬های عاملی بیشتر باشد نتایج مناسب¬تری حاصل می¬شود. در این تحقیق نانو لوله¬های عامل دار شده با پیش ماده¬ی نیتروژنی دی اتیلن تری آمین به دلیل حضور سه اتم نیتروژن در ساختار خود، نتایج بهتری را در مقایسه با پیش ماده¬ی اتیلن دی آمین، نانو لوله¬های عامل دار تحت شرایط پلاسما و نانو لوله¬های عامل دار اکسیژنی نشان دادند.
- Abstract
- The subject of current study was functionalization of pure multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with functional groups containing oxygen and nitrogen (NH3, Ethylene diamine and Diethylenetriamine). The nano-catalysts platinum based supported on FMWCNTs were synthesized by a polyol method with the ratio of 10 wt% of the metal. The formation of functional groups, the average size of Pt particles and the structural changes were characterized by FTIR, XRD and TEM. The average particle size of Pt was found to be between 4 and 5 nm. An appropriate dispersion of nanoparticles was observed especially in the presence of nitrogen atoms which can share the proper electro catalytic surfaces with oxygen atoms. Gas diffusion electrode was used at the three electrode cell for investigation of oxygen reduction reaction. The electrochemical results indicated that the presence of nitrogen atoms improved the electro catalytic activity in both cases, in the present and in the absence of platinum nanoparticles. Also it was shown that nitrogen atoms are suitable electron donors because of high electron conductivity and they played an important role in electrocatalytic oxygen reduction. Therefore the catalytic activity increased up to 60-70 percent. Thus, the increase in concentration of nitrogen atoms or functional groups had a considerable effect on efficiency of reduction. It may be said that functionalized carbon nano tubes exhibited better results due to the presence of nitrogen atoms in its structure.
