Yeni nesil enerji kaynağı olarak alkol yakıt pilleri: enerji etkinliğini artıracak yeni kiralliklerine göre ayrılmış (6,5 ve 7,6) karbon nanotüp bazlı nano malzemelerin sentezi ve uygulamaları

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan yakıt pilleri, çevresel kirlilik oranının düşük olması, enerji üretim veriminin oldukça yüksek olması ve iklim şartlarından etkilenmemesi gibi özelliklerden dolayı geleceğin en önemli enerji sistemleridir. Çeşitli yakıt pilleri vardır. Alkol yakıt pili ailesinin en önemli ferdi olan, doğrudan metanol yakıt pilleri (DMYP) küçük kapasiteli, taşınabilir enerji üretimi için en uygun yakıt pillerinden biri olarak görülmektedir. Fakat bu yakıt pillerinin pratikte kullanılması için nanokatalizörlere gereksinim vardır. Bu tez çalışmasında saf karbon atomlarından oluşan, hem dayanıklı hemde esnek olan, benzersiz elektriksel ve ısısal özelliğe sahip olan karbon nanotüpleri kiralliklerine göre ayırarak destek olarak kullanılması ile Pt(0)/PA@(6,5)CNT, Pt(0)/PA@(7,6)CNT ve Pt/PA@(6,5)(7,6)CNT katalizörleri tekrarlanabilir ve kolay bir yöntem olan sonokimyasal indirgeme yöntemi ile oda sıcaklığında sentezlendi. Hazırlanan nanokatalizörler X-Işını Kırınımı (XRD), X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Geçirmeli Elektron Mikroskobu (TEM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS), Ultraviyole Spektrofotometresi (UV-Vis), Dönüşümlü Voltametri (CV) ve Kronoamperometri (CA) teknikleri kullanılarak karakterize edildi. Bu katalizörlerin katalitik ve elektrokatalitik performansları metanol oksidasyonu için incelendi. Pt(0)/PA@(6,5)CNT, Pt(0)/PA@(7,6)CNT, Pt(0)/PA(6,5)(7,5)CNT katalizörlerinin metanol için sırasıyla0,47V'de 28,76 mA cm-2, 0,46V'de 49,10 mA cm-2, 0,73V'de 130,04 mA cm-2 akım verdikleri görüldü. Katalizörlerin kendi aralarında kıyaslandığında en iyi aktiviteyi Pt(0)/PA(6,5)(7,6)CNT'nin verdiği ve literatürle kıyaslandığında da oldukça yüksek aktiviteye sahip olduğu anlaşıldı. Platin nanopartiküllerin destek olarak kullanılan (6,5) ve (7,6) karbon nanotüpler üzerinde homojen bir şekilde dağıldığını ve ortalama parçacık boyutlarının 2-3 nm arasında olduğu TEM ile gösterildi.Anahtar Kelimeler: Doğrudan metanol yakıt pilleri (DMYP), Elektrokimyasal aktiviteler, Nanokatalizör, Platin nanopartiküller, Karbon Nanotüp, Kiral.

Fuel cells which are one of the most important renewable energy sources are the most important features of energy systems due to the low rate of environmental pollution, very high energy generation efficiency and no need any climatic conditions. There are various types of fuel cells. Direct methanol fuel cells (DMYP) which is the most important member of the family of alcohol fuel cell, is seen as one of the most suitable energy converters for portable power generation. However, some of the nanomaterials should be used as catalysts for practical use of fuel cells. Forthis purpose, in this study, single chirality carbon nanotube decorated Pt nanoparticles(Pt(0)/ PA@(6,5)CNT, Pt (0)/PA@(7,6) CNT and Pt(0)/ PA @(6,5)(7,6)CNT)have been reproducibly and easily synthesized by using sonochemical reduction methodas heteregenous catalysts at room temperature. The prepared nanocatalystshave been characterized by X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Transmission Electron Microscope (TEM), Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Ultraviolet Spectroscopy (UV), Cyclic Voltammetry (CV) and Chronoamperometry (CA) techniques. Besides, electrocatalytic performance of these catalysts were also examined towards methanol oxidation reactions. The catalytic activity of Pt(0)/PA@(6,5)CNT, Pt(0)/PA@(7,6)CNT and Pt(0)/PA(6,5)(7,5)CNT have been found to be 28.76 mA cm-2at 0.47 V, 0, 49.10 mA cm-2at 0.46 V and 130.04 mA cm-2 at 0.73V, respectively. All preparad catalysts have been homogeneously distributed on the carbon nanotubes and their average particle sizes were found to be 2-3 nm by the help of TEM. Keywords: Direct methanol fuel cells (DMFCs), Electrochemical activities, Nanocatalyst, Platinum nanoparticles, Carbon nanotube, Chiral.