بررسی فعالیت نانوکاتالیست آندی بر پایه پلاتین جهت کاربرد در پیل های سوختی الکلی مستقیم : پایان نامه ارشد شیمی فیزیک

سری جدیدی از پایان نامه های رشته شیمی در گرایش های مختلف آن را برای دانلود کاربران و دانشجویان دانشکده های علوم پایه قرار میدهیم . پایان نامه حاضر با عنوان  بررسی فعالیت نانوکاتالیست آندی بر پایه پلاتین جهت کاربرد در پیل های سوختی الکلی مستقیم  (متانول، ۲-پروپانول و،۲،۱- پروپان دی ال) در گرایش شیمی فیزیک  با فرمت ورد (قابل ویرایش) معرفی میگردد.

چکیده تحقیق بررسی فعالیت نانوکاتالیست آندی بر پایه پلاتین جهت کاربرد در پیل های سوختی الکلی مستقیم:

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، ۲- پروپانول و ۱و۲- 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 ۱و۲-‌ پروپان­دی­ال در مقایسه با متانول و ۲- پروپانول نشان می‌‌دهد. مقدار پتانسیل آغازی برای Pt/C در اکسیداسیون ۱و۲- پروپان دی ال مقدار منفی تر نسبت به اکسیداسیون متانول دارد که این امر به دلیل سنتیک سریع واکنش اکسیداسیون ۱و۲- پروپان دی ال می­باشد.

نتایج آزمایشات کرونوآمپرومتری تایید می­‌کند که Pt/C دانسیته جریان پایدارتری در اکسیداسیون ۱و۲-‌‌‌ پروپان‌دی‌ال نشان می‌­دهد. نتایج حاصل از امپدانس الکتروشیمیایی پس از طی ۱۰۰ چرخه نشان داد که مقاومت انتقال بار در اکسیداسیون ۱و۲-‌‌‌ پروپان‌دی‌ال کمترین مقدار و برای ۲-پروپانول بیشترین مقدار را دارد. دلیل این امر این است که در اکسیداسیون۱و۲-‌‌‌ پروپان‌دی‌ال مقاومت کاتالیست در برابر جذب حد واسط بالاست و حد واسط ها به راحتی نمی­‌توانند سایت‌های فعال واکنش را مسدود کنند.

کلمات کلیدی: اکسیداسیون الکل،پیل سوختی الکلی مستقیم، ، پلاتین/کربن، الکتروکاتالیست

 

 

فهرست مطالب تحقیق بررسی فعالیت نانوکاتالیست آندی بر پایه پلاتین

فصل اول:مقدمه­ای بر پیل­های سوختی

۱-۱- مقدمه          ۲

۱-۲- پیل سوختی چیست؟     ۲

۱-۳- تاریخچه       ۴

۱-۴- کاربرد­های پیل سوختی ۶

۱-۵- انواع پیل سوختی        ۷

۱-۵-۱- پيل سوختي پليمري يا غشاء مبادله کننده پروتون    ۷

۱-۶- پیل­های سوختی الکلی مستقیم      ۹

۱-۷- سوخت­های مورد استفاده در پیل­های سوختی الکلی    ۱۰

۱-۷-۱- متانول به­عنوان سوخت          ۱۰

۱-۷-۱-۱- پيل سوختي متانول مستقيم   ۱۱

۱-۷-۲- ۲-پروپانول           ۱۵

۱-۷-۲-۱- پيل سوختي ۲-پروپانولی مستقيم        ۱۵

۱-۷-۳- پروپیلن­گلیکول        ۱۶

۱-۷-۳-۱- پیل سوختی ۱و۲-پروپان­دی­ال مستقیم ۱۶

۱-۸- کاتالیست مورد استفاده در آند پیل­های سوختی           ۱۷

۱-۸-۱- بهبود کاتالیست پلاتین با استفاده از بسترهای مختلف           ۱۸

۱-۸-۱-۱- کربن بلک          ۱۹

۱-۹- مطالعه اکسیداسیون الکل­ها روی الکتروکاتالیست­های بر پایه پلاتین        ۲۰

۱-۹-۱- سینیتیک واکنش اکسیداسیون متانول در DMFC    ۲۱

۱-۹-۲- مکانيسم اکسايش متانول         ۲۲

۱-۹-۲- اکسیداسیون ۲-پروپانول و پروپیلن­گلیکول روی الکتروکاتالیست­های برپایه پلاتین ۲۳

۱-۱۰- اهداف پروژه           ۲۹

فصل دوم مبانی نظری

۲-۱- مقدمه          ۳۱

۲-۲- تکنیک­های مورد استفاده           ۳۱

۲-۳- ولتامتري      ۳۲

۲-۳-۱- ولتامتري با روبش خطي پتانسيل          ۳۲

۲-۳-۲- ولتامتري چرخه‏اي   ۳۲

۲-۳-۳- عوامل موثر در واکنش­های الکترودی در حین ولتامتری چرخه­ای       ۳۳

۲-۳-۴- نحوه عمل در ولتامتری چرخه­ای          ۳۴

۲-۴- نمودارهاي تافل          ۳۵

۲-۵- روش طيف­‏نگاري امپدانس الکتروشيميايي   ۳۶

۲-۶- مشخصه­یابی سطح الکترود        ۴۸

۲-۶-۱- SEM      ۳۸

۲-۶-۲- EDS      ۳۹

فصل سوم: بخش تجربی

۳-۱- مواد شیمیایی ۴۱

۳-۲- دستگاه‌هاي مورد استفاده            ۴۱

۳-۳- الکترود­های به­کار گرفته شده در روش­های ولتامتری  ۴۴

۳-۴- تهیه کاتالیست پلاتین/کربن         ۴۴

۳-۵-تهيه جوهر کاتاليست     ۴۴

۳-۶- آماده­سازی الکترود کربن­شیشه     ۴۵

فصل چهارم: بحث و نتیجه ­گیری

۴-۱- کلیات          ۴۷

۴-۲- بررسی ریخت­شناسی و تجزیه عنصری     ۴۷

۴-۳- ولتامتری چرخه­ایPt/C  در محلول قلیایی   ۴۹

۴-۴- بررسی فعالیت و پایداری کاتالیست  Pt/Cدر محلول بازی متانول            ۵۱

۴-۴-۱- بررسی ولتاموگرام چرخه­ای الکترود Pt/C/GC در محلول بازی متانول            ۵۱

۴-۴-۲- بررسی منحنی­‌های EIS و کرونوآمپرومتری الکترود Pt/C/GC در اکسایش متانول          ۵۳

۴-۵- بررسی فعالیت و پایداری کاتالیست  Pt/Cدر محلول قلیایی ۲-پروپانول     ۵۶

۴-۵-۱- بررسی ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود Pt/C در اکسیداسیون ۲-پروپانول ۵۶

۴-۵-۲- بررسی منحنی­‌های نایکوئیست و کرونوآمپرومتری کاتالیست Pt/C در اکسایش ۲-پروپانول ۵۹

۴-۶- بررسی فعالیت و پایداری کاتالیست  Pt/Cدر اکسیداسیون ۱و۲-پروپان‌دی‌ال           ۶۰

۴-۶-۱- ولتامتری چرخه‌ای الکترود Pt/C/GC در محلول قلیایی ۱و۲-پروپان‌دی‌ال         ۶۰

۴-۶-۲-بررسی پایداری Pt/C اکسیداسیون ۱و۲-پروپان‌دی‌ال           ۶۲

۴-۷- بررسی عملکرد کاتالیست پلاتین/کربن در اکسیداسیون سوخت‌های مختلف ۶۴

۴-۷-۱- بررسی و مقایسه ولتاموگرام‌های چرخه‌ای الکترود Pt/C/GC در اکسیداسیون متانول، ۲-پروپانول و ۱و۲-پروپان‌دی‌ال در محیط قلیایی            ۶۵

۴-۷-۲- مقايسه و بررسي نمودارهای ولتامتری روبش خطی Pt/C در اکسیداسیون الکل­های مختلف  ۶۷

۴-۷-۳-  مقايسه و بررسي نمودارهای تافل کاتالیست Pt/C  در اکسیداسیون الکل‌ها          ۶۸

۴-۷-۴- بررسی نمودارهای کرونوآمپرومتری الکترود  Pt/C/GCدر اکسیداسیون الکل‌های مختلف  ۶۹

۴-۷-۵- مطالعات اسپکتروسکوپي امپدانس الکتروشیمیایی الکترود  Pt/C/GCدر اکسیداسیون الکل‌های مختلف ۷۲

۴-۸-نتیجه گیری   ۷۵

۴-۹-پیشنهادات      ۷۶

۴-۱۰-منابع          ۷۷

چکیده انگلیسی

 

فهرست اشکال

شکل۱-۱- مقايسه تبديلات انرژي در فرايند توليد انرژي از سوخت‌هاي فسيلي با روند توليد انرژي در پيل‌هاي سوختي   ۳

شکل۱-۲- پيل سوختي اوليه ساخته شده توسط ويليام گرو    ۵

شکل۱-۳ منابع تأمين کننده هيدروژن و تقاضاهاي استفاده از هيدروژن ۶

شکل۱-۴- کاربردهايي از پيل سوختي در سيستم حمل و نقل دريايي، زميني، وسايل پرتابل و مصارف نيروگاهي         ۶

شکل۱-۵- نحوه‌ي عملکرد پيل سوختي پليمري    ۹

شکل-۱-۶- نحوه‌ي عملکرد پيل سوختي متانولي مستقيم      ۱۲

شکل۱-۷- مکانيسم اکسايش متانول و انواع حد­واسطهای توليدی        ۲۱

شکل۱-۸- مکانیسم اکسیدسیون اتیلن­گلیکول و گلیسرول روی الکتروکاتالیست­های فلزی    ۲۴

شکل۱-۹- مکانیسم واکنش اکسیداسیون ۲-پروپانول           ۲۵

شکل۱-۱۰- مکانیسم پیشنهادی برای اکسیدسیون ۱،۲-پروپان­دی­ال    ۲۸

شکل۱-۱۱- شکل شماتیک مکانیسم اکسیدسیون ۱و۲-پروپان­دی­ال در محیط قلیایی          ۲۹

شکل۲-۱- مسیر کلی واکنش الکترودی  ۳۴

شکل۲-۲- سیگنال تهییجی برای ولتامتری چرخه ای یک موج پتانسیلی با فرم مثلثی       ۳۵

شکل۲-۳- تصویر شماتیک از نحوه­ی عملکردSEM          ۳۹

شکل۳-۱- شماي کلي دستگاه اندازه گیری الکتروشیمیایی    ۴۳

شکل۳-۲٫ شماي کلي تهیه جوهر کاتالیست Pt/C  ۴۵

شکل۳-۳- ولتاموگرام چرخه‌اي الکترود کربن شيشه‌اي در ۲۰ ميلي‌ليتر محلول یک  مولار متانول و  یک  مولار KOH در دماي اتاق با سرعت روبش ۵۰ میلی ولت بر ثانیه ۴۶

شکل۴-۱- طیف EDS از پلاتین/کربن. ضمیمه: داده­های تجزیه عنصری حاصل            ۴۸

شکل۴-۲- تصاویر SEM از سطح پلاتین/کربن  با بزرگ‌نمایی­های متفاوت      ۵۰

شکل۴-۳- نمودار ولتامتری چرخه­ای الکترود Pt/C در محلولKOH  ۱ مولار با سرعت روبش ۵۰ میلی ولت بر ثانیه   ۵۱

شکل۴-۴- ولتاموگرام چرخه­ای کاتالیست Pt/C در محلول ۱ مولار متانول و ۱ مولار KOH با سرعت روبش ۵۰ میلی­ولت بر ثانیه           ۵۳

شکل۴-۵- مکانیسم کلي اکسایش متانول توسط کاتاليست Pt/C          ۵۴

شکل۴-۶- نمودار نايکويست الکترود  Pt/C/GCدر محلول ۱ مولار متانول و ۱ مولار KOH در پتانسيل ۴/۰- ولت قبل و بعد از گرفتن CV بعد از ۱۰۰ چرخه با دامنه پتانسيل ۱۰ ميلي­ولت          ۵۵

شکل۴-۷- نمودار کرونوآمپرومتری الکترود Pt/C/GC در محلول ۱ مولار متانول و ۱ مولار KOH 56

شکل۴-۸- ولتاموگرام چرخه‌اي الکترود Pt/C/GC در محلول ۱ مولار ۲-پروپانول و ۱ مولار KOH با سرعت روبش ۵۰ ميلي‌‌ولت بر ثانيه  ۵۷

شکل۴-۹- ولتاموگرام‌های چرخه­ای کاتالیست Pt/C در محلول ۱ مولار ۲-پروپانول و ۱ مولار KOH با سرعت روبش ۵۰ میلی ولت بر ثانیه در ۱۰۰ چرخه          ۵۹

شکل۴-۱۰- منحنی‌های نایکوئیست اکسیداسیون ۲-پروپانول روی الکترود  Pt/C/GCقبل و بعد از گرفتن CV بعد از ۱۰۰ چرخه   ۶۰

شکل۴-۱۱- نمودار کرونوآمپرومتری الکترود Pt/C/GC در محلول ۱ مولار ۲-پروپانول و ۱ مولار KOH در پتانسيل ۰٫۴- ولت  ۶۴

شکل۴-۱۲- منحنی ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود Pt/C/GC در الکترواکسیداسیون ۱و۲-پروپان‌دی‌ال با سرعت روبش ۵۰ میلی‌ولت بر ثانیه در محلول یک مولار ۱و۲-پروپان‌دی‌ال و یک مولار KOH     ۶۲

شکل۴-۱۳- ولتاموگرام چرخه­ای الکترود Pt/C/GC در محلول ۱ مولار ۱و۲-پروپان‌دی‌ال و ۱ مولار KOH با سرعت روبش ۵۰ میلی­ولت بر ثانیه در ۱۰۰ چرخه      ۶۴

شکل۴-۱۴ منحنی­های نایکوئیست اکسیداسیون ۱و۲-پروپان‌دی‌ال در پتانسیل ۰٫۴- ولت  قبل و بعد از گرفتن CV         ۶۵

شکل۴-۱۵- منحنی­های کرونوآمپرومتری الکترود Pt/C/GC در اکسیداسیون قلیایی ۱و۲-پروپان‌دی‌ال در پتانسیل ۰٫۴- ولت        ۶۵

شکل۴-۱۶- ولتاموگرام‌های چرخه‌ای مربوط به اکسیداسیون الکلها روی Pt/C در محلول ۱مولار الکل و ۱مولار KOH با سرعت روبش ۵۰ میلی ولت بر ثانیه         ۶۷

شکل۴-۱۷- الف. مقایسه بین پتانسیل آغازی و ب. دانسیته جریان اکسیداسیون الکل­های مختلف روی الکترود Pt/C/GC            ۶۷

شکل۴-۱۸- منحنی‌های ولتامتری روبش خطی کاتالیست Pt/C در محلول یک مولار الکل و ۱ مولار KOH در دمای اتاق با سرعت روبش یک میلی ولت بر ثانیه   ۶۹

شکل۴-۱۹- منحني تافل براي محاسبه مقدار ضريب انتقال () مربوط به روبش رفت اکسیداسیون متانول، ۲-پروپانول و ۱و۲-پروپان‌دی‌ال با سرعت روبش ۱ میلی ولت بر ثانیه      ۷۰

شکل۴-۲۰- بررسی نمودار کرونوآمپرومتری کاتالیست  Pt/C در اکسیداسیون الکل ۱ مولار و KOH 1 مولار در  پتانسیل ۰٫۴- ولت         ۷۱

شکل۴-۲۱- نمودار جريان بر حسب t-1/2 براي به‌دست آوردن ضريب نفوذ در اکسیداسیون الکل ۱ مولار و KOH 1 مولار         ۷۳

شکل ۴-۲۲- نمودار امپدانس الکتروشیمیایی الکترود Pt/C/GC در اکسیداسیون الکل‌های مختلف قبل و بعد از گرفتن CV در ۱۰۰ چرخه در پتانسیل ۰٫۴- ولت            ۷۵

شکل ۴-۲۳- مدار معادل با دياگرام‌هاي نايکوئيست           ۷۶

 

فهرست جداول

جدول۱-۱- معایب و مزایای سوخت­های مورد استفاده در پیل­های سوختی ۱۷

جدول۳-۱- مشخصات مواد شیمیایی     ۴۱

جدول۴-۱- مقایسه پارامترهای الکتروشیمیایی در اکسیداسیون بازی الکل ۱ مولار + KOH 1 مولار روی کاتالیست Pt/C           ۶۸

جدول ۴-۲- شیب‌های تافل و ضرايب انتقال الکترون به دست آمده از فعالیت الکتروکاتالیست Pt/C در محلول‌های مختلف           ۷۰

جدول ۴-۳- دانسیته جریان نهایی (jf) و اولیه (ji) حاصل از اکسایش الکل‌های متانول، ۲-پروپانول و ۱و۲-پروپان‌دی‌ال توسط Pt/C و نسبت ji/jf            ۷۲

 

 

مراحل خرید فایل دانلودی
اگر محصول را می پسندید لطفا آنرا به اشتراک بگذارید.

دیدگاهی بنویسید

0