Bakır nanokubbelerin metanol elektrooksidasyonuna elektrokatalitik etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, geniş yüzey alanına sahip bakır nanokubbeler (Cu-NDs) hazırlanarak bazik ortamda metanol elektroksidasyonuna elektrokatalitik ekileri incelenmiştir. NDs elektrotlar yumuşak litografi-nanokürelitografisi, fiziksel buhar biriktirme ve elektrokimyasal çöktürme tekniklerinin bir arada kullanılması ile hazırlanmıştır. Bu amaçla polidimetilsiloksan kalıp olarak kullanılmıştır. Elektrotlar taramalı elektron mikroskopu ve elektrokimyasal teknikler ile karakterize edilmiştir. Elektrokatalizörlerin metanol elektrooksidasyonuna katalitik etkileri 1 M metanol içeren 0,1 M KOH çözeltisinde dönüşümlü voltametri, elektrokimyasal impedans spektroskopisi ve kronoamperometri teknikleri ile belirlenmiştir. Referans olarak saf ve parlatılmış Cu elektrotta da aynı deneyler tekrarlanmış ve NDs yapıların etkinliği bu veriler ile kıyaslanmıştır. Elde edilen deneysel bulgular, bu çalışmada uygulanan kombine yöntem ile oldukça iyi yapıda, aynı boyutlarda ve homojen dağılımlı Cu-NDs yapıların hazırlanabileceğini göstermiştir. Saf Cu elektrot ile kıyaslandığında Cu-ND yapıların metanol elektrooksidasyonu reaksiyonunu son derece hızlandırdığını göstermiştir. Bu elektrotlarda metanol yükseltgenmesine karşılık gelen direnç son derece düşmüştür. Cu-NDs electrotun yüksek etkinliği, yüzey yapıları ve geniş yüzey alanına sahip olmaları ile açıklanmıştır. Cu-ND yapılar aynı zamanda çalışılan koşullarda zamanla yüksek kararlığa sahiptir. Dolayısı ile önerilen yöntem ile hazırlanmış Cu-NDs yapıların metanollü yakıt pillerinde kullanılmak üzere yeni elektrokatalitik elektrotların yapımında destek materyali olarak kullanılabileceği önerilmiştir.

In this study, copper nanodomes (Cu-NDS) having large surface area were prepared and applied for methanol elekctrooksidation in alkaline medium. The NDs nanostructures were prepared by a combined method of soft lithography-nanosphere lithography, physical vapor deposition and electrochemical methods using polydimethylsiloxane as template. The electrodes were characterized by scanning electron microscopy and electrochemical techniques. The catalytic activity of the electrocatalysts were examined in 0.1 M KOH solution containing 1 M methanol using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and chronoamperometry techniques. The similar studies were repeated for bare and polished Cu electrode as a reference point and the results of NDs were compared to these data to clarify their efficiency. The data obtained showed that well-structured and uniformly distributed Ni-NDs could be fabricated using this combined method. The ND arrays perform excellent methanol electrooxidation activity with respect to pure Cu as a reference point. Resistance corresponding to reaction of methanol oxidation reduces at the nanostructured electrodes. The high activity of the Cu-NDs electrode was assigned to their surface structure and large surface area. The Cu-NDs have also high time-stability in the electrolysis conditions. Therefore, it is believed that the Cu-ND arrays fabricated by the method proposed in this study contribute to the design of novel electrocatalytic electrodes as candidate supporting materials for direct methanol fuel cells.