Temiz enerji eldesinde alkol yakıt pilleri tasarımı için yeni nesil nanomalzemelerin hazırlanması, karakterizasyonu ve uygulanabilirliği

Abstract

Yakıt pilleri, ihtiyaç duyulan yerde, iklim şartlarından bağımsız olarak, kesintisiz bir şekilde enerji sağlayan ve yüksek verime sahip olan enerji dönüşüm sistemleri olduğundan yenilenebilir enerji kaynakları arasında önemli bir yere sahiptir. Bu nedenle yakıt pili çeşitlerinden alkol yakıt pillerinin alt üyesi olan doğrudan metanol kullanılan yakıt pilleri (DMYP) yüksek verimi, çevre dostu olması ve kolay depolanabilmesi gibi özellikleri nedeniyle en çok kullanım alanı bulacağına inanılan yakıt pillerinin başında gelmektedir. Fakat bu yakıt pillerinin günlük hayatta çalışabilir halde olması için uzun süre kararlılıklarının sağlanması gerekmektedir. Bu çalışmada, kimyasal olarak dayanıklı, elektriksel iletkenliğe sahip indirgenmiş grafen oksitin (RGO) destek olarak kullanılması ile Pt(0)@RGO katalizörleri kolay ve tekrarlanabilir şekilde oda sıcaklığında çift solvent (süperhidrit-etanol karışımı) indirgeme metodu ile hazırlandı. Tek dağılımlı Pt(0)@RGO nanotaneciklerin oluşumu X-Işını Kırınımı (XRD), X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM), Dönüşümlü Voltametri (CV) ve Kronoamperometri (CA) ile karakterize edilerek tespit edildi. Aktivitesi, izole edilebilirliği ve yeniden kullanılabilirliği açısından Pt(0)@RGO katalizörünün katalitik ve elektrokatalitik performansı metanol oksidasyonu (metanol için 0,58 V'de 5,64 mA cm-2 akım) için incelendi ve yüksek elektrokimyasal aktivitesi ile metanolü katalizlediği görüldü. Ayrıca, Pt(0)@RGO'nun metanol oksidasyonu için ticari katalizöre kıyasla 9,2 kat daha etkin olduğu bulundu. Transmisyon elektron mikroskobu platin nanopartiküllerin destek üzerinde homojen bir şekilde dağıldığını ve ortalama parçaçık boyutlarının yaklaşık 2-3 nm arasında olduğunu gösterdi

Fuel cells differ from batteries in that they consume reactant, which must be replenished, while batteries store electrical energy chemically in a closed system. Additionally, while the electrodes within a battery react and change as a battery is charged or discharged, a fuel cell's electrodes are catalytic and relatively stable. The problem is just to need a catalyst, that is consist of expensive noble metals, for the activation of fuel cells. However, if the amount of expensive noble metals used for fuel cells have been decreased then it can be easily operated in daily life with long-term stability. For this purpose, addressed herein, reduced graphene oxide (RGO) which is chemically resistant and electrically conductive have been used for monodisperse Pt(0)@RGO as a support materials. The prepared catalyst has been synthesized by easy and reproducible double solvent reduction method at room temperature. Monodisperse Pt(0)@RGO formation have been confirmed by X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Photoelectron Microscopy (XPS), Transmission Electron Microscope (TEM), Cyclic Voltammetry (CV) and Chronoamperometry (CA). Moreover, the catalytic activity of the catalysts has been found as 5.64 mA cm-2 at 0.58 V in methanol. Also, Pt(0)@RGO have been compared to commercial catalysts for methanol oxidation and it was found that our catalyst has higher activity compared to the commercial ones. This case can be explained by the homogeneous distribution of nanomaterials on the RGO support with the average particle size of about 2-3 nm.