1 / 1

PRACOWNIA ELEKTROANALIZY CHEMICZNEJ

PRACOWNIA ELEKTROANALIZY CHEMICZNEJ. NOWE STRATEGIE W ELEKTROKATALITYCZNEJ REDUKCJI TLENU W ŚRODOWISKU KWAŚNYM. AGATA ZIELENIAK Promotor: dr K. Miecznikowski Opiekun: mgr A. Kolary-Żurowska prof. dr hab. P.J. Kulesza.

vianca
Download Presentation

PRACOWNIA ELEKTROANALIZY CHEMICZNEJ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. PRACOWNIA ELEKTROANALIZY CHEMICZNEJ NOWE STRATEGIE W ELEKTROKATALITYCZNEJ REDUKCJI TLENU W ŚRODOWISKU KWAŚNYM AGATA ZIELENIAK Promotor: dr K. Miecznikowski Opiekun: mgr A. Kolary-Żurowska prof. dr hab. P.J. Kulesza W okresie ostatnich lat obserwuje się ogromne zainteresowanie pozyskiwaniem alternatywnych źródeł energii takich jak ogniwa paliwowe, które przekształcają energię chemiczną zmagazynowaną w paliwie (np. wodorze) bezpośrednio w energię elektryczną. Najczęściej spotykanym katalizatorem w ogniwach paliwowych jest platyna. Wprawdzie nanocząstki platyny osadzone na nośniku węglowym są dość efektywnym katalizatorem reakcji elektroredukcji tlenu, to istnieje konieczność ich aktywacji i stabilizacji w celu zwiększenia czasu pracy oraz mocy ogniwa paliwowego (np. wodorowo-tlenowego). W pracy zwrócono szczególną uwagę na nowe układy elektrokatalityczne: nanocząstki RuSex/C do reakcji elektroredukcji tlenu o potencjalnym znaczeniu w konstrukcji metanolowych ogniw paliwowych DMFC (Direct Methanol Fuel Cell). Rozważane układy charakteryzują się nie tylko znaczną reaktywnością w procesie redukcji tlenu, ale i wykazują praktycznie całkowitą tolerancją na obecność metanolu. Ilość wytwarzanego nadtlenku wodoru (%XH2O2) w stosunku do redukowanego tlenu w trakcie eksperymentu RRDE w zależności od przyłożonego potencjału dla warstw (a) nanocząstek RuSex/C (b) nanocząstek RuSex/C+WO3(c) nanocząstek Pt. Szybkość przemiatania potencjałem 10 mV s-1 w 0.5 mol dm-3 H2SO4przy szybkości wirowania 1600 obr. min.-1 Zależność (A) Levich (B) Koutecky‑Levich dla redukcji tlenu (wyznaczona przy potencjale 0.5 V) na warstwach (osadzonych na węglu szklistym)(a) nanocząstek RuSex/C ; (b) nanocząstek RuSex/C+WO3. • Cele pracy: • Przygotowanie alternatywnych katalizatorów w postaci zawiesiny tzw. tuszu (ang. ink) • Opracowanie metod aktywacji nanocząstek RuSex/C w celu nie tylko zwiększenia gęstości prądowych (w przeliczeniu na jednostkę masy katalizatora), ale przede wszystkim w celu przesunięcia potencjału reakcji redukcji tlenu w kierunku potencjałów bardziej dodatnich. • Przeprowadzenie analizy kinetycznej z wykorzystaniem diagnostycznej techniki wirującej elektrody dyskowej (RDE) oraz wirującej elektrody dyskowej z pierścieniem (RRDE). • Przeprowadzenie testów z wykorzystaniem ogniwa paliwowego, w których jako katodę zastosowano układ nanocząstek RuSex/C modyfikowanych tlenkiem wolframu Krzywa woltamperometryczna zarejestrowana dla wirującej elektrody dyskowej z pierścieniem (RRDE); szybkość przemiatania potencjałem 10 mV s-1w 0.5 mol dm-3 H2SO4przy szybkości wirowania 1600 obr. min.-1:(A)prąd dysku (B)prąd pierścienia. Krzywe dla warstw (a)nanocząstek RuSex/C, (b) nanocząstek RuSex/C modyfikowane WO3i(c) nanocząstek Pt. Potencjał przyłożony do pierścienia 1.2 V. Cykliczna Krzywa Woltamperometryczna Badanego Układu w Obecności i w Nieobecności Tlenu (A) Cykliczne krzywe woltamperometryczne (a) nanocząstek RuSex/C (b) nanocząstek RuSex/C modyfikowany WO3 i (c) nanocząstek Pt osadzonych na węglu szklistym i zarejestrowanych w odtlenionym roztworze 0.5 mol dm-3 H2SO4; szybkość przemiatania potencjałem 50 mV s-1. (B) Krzywe woltamperometryczne po odjęciu tła zarejestrowane w natlenionym elektrolicie podstawowym. Krzywe prąd – potencjał otrzymane metodą wirującego dysku(RDE) dla procesu redukcji tlenu dla warstw(A)nanocząstek RuSex/C modyfikowanych WO3(B) nanocząstek Pt/C. Linie ciągłe dla natlenionego roztworu 0.5 mol dm-3 H2SO4 w nieobecności metanolu.(A)gwiazdki i (B) linia przerywanaw obecności 0.5 mol dm-3 metanolu. Szybkość wirowania 1600 obr. min.-1. • Wnioski: • Wzrost aktywności centrów katalitycznych nanocząstek RuSex przez rozproszenie ich w matrycy przewodzącej tlenku wolframu (VI) • WO3wykazuje właściwości katalityczne względem redukcji nadtlenku wodoru, stanowiąc źródło ruchliwych protonów, które z mechanistycznego punktu widzenia są niezbędne do przeprowadzenia efektywnej 4-elektronowej redukcji tlenu do wody • WO3 jest dobrym mediatorem zdolnym do szybkiego przeniesienia elektronu do miejsc aktywnych nanocząstek RuSex • Aktywacja centrów inicjujących redukcję tlenu (RuSex) wspomaganaaktywnością matrycy z tlenku wolframu (WO3) powoduje przesunięcie potencjału redukcji tlenu w kierunku wartości bardziej dodatnich i zmniejszenie ilość wytwarzanego w tym procesie niepożądanego produktu pośredniego H2O2 • wyniki zostały opublikowane : A. Kolary-Żurowska, A. Zieleniak, K. Miecznikowski, B. Baranowska, S. Fiechter, P. Bogdanoff, I. Dorbandt, R. Marassi, P.J. Kulesza, „Activation of methanol-tolerant carbon-supported RuSex electrocatalytic nanoparticles towards more efficient oxygen reduction”, J. Solid State Electrochemistry, w druku B A Obrazy uzyskane za pomocą Transmisyjnego Mikroskopu Elektronowego (TEM) (A) nanocząstki RuSex/C; (B) nanocząstki RuSex/C modyfikowane WO3 Charakterystyka prądowo – napięciowa oraz zależność gęstości mocy w funkcji gęstości prądu wyznaczona dla paliwowego ogniwa wodorowo – tlenowego, w którym anodę stanowił katalizator złożony z nanocząstek Pt (0.4 mg cm-2) , natomiast katoda była w postaci nanocząstek RuSex/C (a, a`)i modyfikowanych nanocząstek RuSex/C(b,b`). W obydwu przypadkach ilość naniesionego RuSex/C była jednakowa i wynosiła 0.4 mg cm-2. Podziękowania: Pomiary przy zastosowaniu testowego ogniwa paliwowego zostały przeprowadzone przez mgr A. Kolary-Żurowską dzięki uprzejmości prof. R. Marassi z University of Camerino, Włochy.

More Related