سنتز، شناسایی و بررسی رفتار الکتروکاتالیتیکی واکنش احیای اکسیژن نانوکاتالیسیت های پالادیوم بر روی انواع آلوتروپی کربنی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 ایران، استاد تمام دانشگاه تبریز، گروه شیمی فیزیک، آزمایشگاه تحقیقاتی علوم وتکنولوژی الکتروشیمی

2 دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه قبرس شمالی،نیکوزیا 99138، قبرس شمالی، مرسین 10 ، ترکیه

چکیده

هدف کار پژوهشی حاضر سنتز الکتروکاتالیست های پالادیوم بر روی بستر های کربنی : ولکان سیاه،MWCNTs و نانو گرافن و بررسی اثر الکتروکاتالیستی آن بر روی واکنش احیای اکسیژن در محیط سود 1/0 مولار می باشد. خواص فیزیکی و شناسایی الکتروکاتالیست ها با استفاده از روش های میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) ، پراش انرژی اشعه ایکس(EDX) و طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس(XPS) مطالعه شد. نتایج حاکی ازتصاویر (SEM), (TEM)نشان دهنده توزیع یکنواخت نانو ذرات پالادیوم بر روی بستر و ذرات پالادیوم در اشل نانو در الکتروکاتالیست های سنتزشده بوده و نتایج EDX, XPS نشان دهنده سنتز موفقیت آمیز الکتروکاتالیست ها با درصد وزنی (Pd:C, G, MWCNTs)(20:80) می باشد. مطالعات الکتروشیمیایی با استفاده از تکنیک های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی، ولتامتری چرخه ای ،کرنوآمپرومتری و تکنیک الکترود دیسک چرخان مطالعه شد نتایج نشان می دهد که الکتروکاتالیست بر روی بستر نانو گرافن کمترین مقدار اورولتاژ را برای واکنش احیای اکسیژن و کمترین مقدار مقاومت انتقال جرم را داراست و نسبت به پلاتین کربن به اندازه 70 میلی ولت اورولتاژ را در محیط سود 1/0 مولار بهبود بخشیده است که نشان دهنده عملکرد عالی این کاتالیست می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Synthesis, characterization and electrochemical investigation of catalyst ink based on Pd nanoparticles supported on different allotropic carbon as oxygen reduction reaction catalysts

نویسندگان [English]

  • Mir Ghasem Hosseini 1
  • Farrokh Hoseinzadeh 2
1 department physical chemistry, faculty of chemistry, university of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Department physical chemistry, faculty chemistry, university tabriz, tabriz, iran
چکیده [English]

The present research work Palladium-based electrocatalysts on substrates Vulcan, graphene and MWCNTs were successfully synthesized by using NaBH4 reduction, and their electrocatalytic activity was evaluated in alkaline media. morphology and surface analysis studies with SEM, TEM, EDX, XPS methods. The SEM analysis show rod-like morphology with a dia meterin the nano meter range and length varying in some micro-meter. The TEM images showed the in-crease of nano tube diameter after catalyst deposition. The EDX analysis reveals the presence of (Pd: Vulcane, Graphene and MWCNTs) (20:80) wt%. Synthesized electrocatalysts studies with electrochemical methods such as CV, EIS, RDE and CA. The CV results confirmed that the Pd/G electrocatalysts caused by an E onset shift to more positive positions, indicating that the good performance of Pd/Graphene electrocatalyst also have the lowest mass transfer resistance and improved the Overvoltage than platinum-carbon as much as 70 mV at 0.1M sodium hydroxide electrolyte.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Palladium
  • Electrocatalyst
  • Oxygen Reduction Reaction
  • chloro- Alkaline
  • EIS
  • RDE
[1] K. Qu, Y. Zheng, S. Dai, and S. Z. Qiao, "Graphene oxide-polydopamine derived N, S-codoped carbon nanosheets as superior bifunctional electrocatalysts for oxygen reduction and evolution," Nano Energy, 19 (2016) 373.
[2] M. G. Hosseini and P. Zardari, "Electrocatalysis of oxygen reduction on multi-walled carbon nanotube supported Ru-based catalysts in alkaline media," International Journal of Hydrogen Energy, 41 (2016) 8803.
[3] M. Hosseini and P. Zardari, "Electrocatalytical study of carbon supported Pt, Ru and bimetallic Pt–Ru nanoparticles for oxygen reduction reaction in alkaline media," Applied Surface Science, 345 (2015) 223.
[4] X. Liu, C. Meng, and Y. Han, "Defective graphene supported MPd12 (M= Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd) nanoparticles as potential oxygen reduction electrocatalysts: A first-principles study," The Journal of Physical Chemistry C, 117 (2013) 1350.
[5] X. Zhou, J. Qiao, L. Yang, and J. Zhang, "A Review of Graphene‐Based Nanostructural Materials for Both Catalyst Supports and Metal‐Free Catalysts in PEM Fuel Cell Oxygen Reduction Reactions," Advanced Energy Materials, 4, 2014.
[6] I. Srejic, Z. Rakocevic, M. Nenadovic, and S. Strbac, "Oxygen reduction on polycrystalline palladium in acid and alkaline solutions: topographical and chemical Pd surface changes," Electrochimica Acta, 169 (2015) 22.
[7] N. Anastasijević, V. Vesović, and R. Adžić, "Determination of the kinetic parameters of the oxygen reduction reaction using the rotating ring-disk electrode: Part II. Applications," Journal of electroanalytical chemistry and interfacial electrochemistry, 229 (1987) 317.
[8] M. S. Ahmed and S. Jeon, "Highly Active Graphene-Supported Ni x Pd100–x Binary Alloyed Catalysts for Electro-Oxidation of Ethanol in an Alkaline Media," ACS Catalysis, 4 (2014) 1830.
[9] T. Yang, Y. Ma, Q. Huang, and G. Cao, "Palladium–iridium nanocrystals for enhancement of electrocatalytic activity toward oxygen reduction reaction," Nano Energy, 19 (2016) 257.
[10] D. Park, M. S. Ahmed, and S. Jeon, "Covalent functionalization of graphene with 1, 5-diaminonaphthalene and ultrasmall palladium nanoparticles for electrocatalytic oxygen reduction," International Journal of Hydrogen Energy, 2016.
[11] I. U. r. V. Pleskov and V. I. U. l. e. Filinovskiĭ, The rotating disc electrode: Consultants Bureau, 1976.
[12] A. Arab,  F. Gobal, Electrochim. Acta 7 (2013) 25.