Activity of carbon supported platinum nanoparticles toward methanol oxidation reactions: Role of metal precursor and new surfactants
Karbon destekli platin nanoparçacıklı katalizörlerin metanol yükseltgenme tepkimesine karşı aktiviteleri: Başlangıç metal bileşiklerinin ve yeni sürfaktantın rolleri
- Tez No: 177521
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜLSÜN GÖKAĞAÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Doğrudan Metanol Yakıt Pilleri, Platin Nanoparçacıkları, Karbon Destekli ve Tiol ile Stabilize Edilmiş Katalizörler, Dönüşümlü Voltametre, Transmisyon (Geçirmeli) Elektron Mikroskopisi, Direct Methanol Fuel Cells, Platinum Nanoparticles, Carbon-Supported Thiol Stabilized Catalysts, Cyclic Voltammetry, Transmission Electron Microscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy.ÖZ
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Bölümü
- Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 70
Özet
Bu çalışmada, başlangıç maddesi olarak PtCl4 ve H2PtCl6 bileşikleri, sürfaktant olarak da 1-heptantiol, tert-nonil merkaptan, 1-hekzadekantiol ve 1-oktadekantiol kullanılarak, karbon destekli platin nanoparçacıklı katalizörler hazırlanmıştır. Bu yeni katalizörler doğrudan metanol yakıt hücrelerinde kullanılan metanol yükseltgenme tepkimesi için kullanılmıştır. Bu tip tepkimede tert-nonil merkaptan ilk kez kullanılmıştır. Diğer sürfaktantlar ise katalizörlerin performanslarını karşılaştırmak amacıyla kullanılmıştır. Hazırlanan katalizörlerin doğasının aydınlatılmasında dönüşümlü voltametre (CV), X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS), X-ışınları kırınımı (XRD) ve transmisyon (geçirmeli) elektron mikroskopu (TEM) tekniklerinden faydalanılmıştır.Hazırlanan katalizörlerdeki ortalama platin parçacıklarının büyüklüğü X-ışınları kırınımı (XRD) ve transmisyon elektron mikroskobu (TEM) yardımıyla belirlenmiştir. Bu çalışmalar platin kristallerinin yüzey merkezli kübik bir yapıya sahip olduklarını ve katalizör hazırlamada kullanılan sürfaktantların yapısının platin nanoparçacıklarının büyüklüğünün tayininde önemli rol oynadığını göstermiştir. Örneğin, tert-nonil merkaptan gibi dallanmış yapıya sahip bir sürfaktantla hazırlanmış platin nanoparçacıklı katalizörler (yaklaşık 3 nm), lineer yapıya (1-heptantiol gibi) sahip olan sürfaktantlarla hazırlanmış katalizörlere (yaklaşık 2 nm) kıyasla daha büyüktür.X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) yardımıyla hazırlanan katalizörlerdeki platinin oksidasyon değerlikleri ve bunların birbirlerine oranları belirlenmiştir. Buna göre, hazırlanan katalizörlerdeki platinin `0' ve `+4' değerliklerine sahip olduğu ve Pt(0)/Pt(IV) oranının yaklaşık 7.5 / 2.5 olduğu bulunmuştur. Buna ek olarak, aynı teknikle O 1s bölgesi incelenmiş ve PtCl4 ile tert-nonyl merkaptan (Katalizör IIa) kullanılarak hazırlanan katalizörde su molekülünün katalizör yüzeyine bağlandığı ve H2PtCl6 ile tert-nonyl merkaptan (Katalizör IIb) kullanılarak hazırlanan katalizörde ise hem suyun hem de hidroksit iyonlarının (65 % hidroksit ve 35 % su) yüzeyde tutulduğu gözlenirken, diğer tüm katalizörlerde ise hidroksit iyonlarının katalizör yüzeyinde tutulduğu gözlemlenmiştir.Hazırlanan katalizörler üzerinde yapılan elektrokimyasal çalışmalarda H2PtCl6 ve 1-hekzadekantiol ile hazırlanan katalizör (Katalizör IIIb) metanol yükseltgenme tepkimesine karşı en düşük aktiviteyi ( ? 91 A/g Pt at 0.580V) gösterirken, Katalizör IIa'nın en yüksek aktiviteye sahip olduğu bulunmuştur ( ? 342 A/g Pt at 0.612 V). XRD, TEM ve XPS sonuçlarına göre metanol yükseltgenme tepkimesi için en uygun katalizörün yaklaşık 3 nm büyüklüğündeki platin nanoparçacıkları içeren, yüzeyinde hidroksit ve su adsorbe eden ve sülfür içermeyen katalizörler olduğu bulunmuştur. Bu sonuçlar da önerilen mekanizma ile uyum içerisindedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, carbon supported platinum nanoparticle catalysts were prepared using PtCl4 and H2PtCl6 as starting materials and 1-heptanethiol, tert-nonyl mercaptan, 1-hexadecanethiol, 1-octadecanethiol as surfactants. These new catalysts were employed for methanol oxidation reaction which are used for direct methanol fuel cells. Tert-nonyl mercaptane was used for the first time in this type of reaction and the other surfactants were used for comparison of the catalysts performance. Cyclic voltammetry (CV), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) were used in order to determine the nature of the catalysts.The average platinum crystallite particle sizes of all prepared catalysts were determined by both X-ray diffraction and transmission electron microscopy. It was found that platinum crystallizes in face-centered cubic structure and the surfactant play an important role on the size of platinum nanoparticles, branch surfactant, such as tert-nonyl mercaptane, causes an increase in the size of platinum nanoparticles, about 3 nm, compared to linear surfactant, such as 1-heptanethiol, about 2 nm.The oxidation states of platinum and their ratios were determined by XPS technique. These results indicated that platinum has two different oxidation states, zero and +4, and Pt(0) to Pt(IV) ratio is about 7.5 to 2.5. In addition to this, O 1s region of XPS was also examined and found that the surface of all of the catalysts covered by adsorbed hydroxide except the catalyst which was prepared by PtCl4 and tert-nonyl mercaptane (Catalyst IIa), where adsorption of water were observed and the catalyst which was prepared by H2PtCl6 and tert-nonyl mercaptane (Catalysts IIb), where adsorption of 65% of hydroxide and 35% of water were identified.Electrochemical studies indicated that Catalyst IIa has the maximum activity ( ? 342 A/gPt at 0.612 V) towards methanol oxidation reaction while Catalyst IIIb (H2PtCl6 and 1-hexanethiol were used to prepare this catalyst) has the minimum activity ( ? 91A/gPt at 0.580V). XRD, TEM and XPS results indicated that the optimum catalyst for methanol oxidation reaction contains about 3 nm of platinum nanoparticles, adsorbed hydroxide and water on the surface of catalyst, but sulphur. These results are in agreement with the proposed mechanism.
Benzer Tezler
- The preparation and analysis of new carbon supported Pt and Pt+second metal nanoparticles catalysts for direct methanol fuel cells
Doğrudan metanol yakıt pilleri için yeni karbon destekli Pt ve Pt+ikinci metal nanoparçacıklı katalizörlerin hazırlanması ve analizleri
FATİH ŞEN
Doktora
İngilizce
2012
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLSÜN GÖKAGAÇ ARSLAN
- Carbon supported platinum-palladium catalysts for methanol and ethanol oxidation reactions
Metanol ve etanol yükseltgenme tepkimeleri için karbon destekli platin-paladyum katalizörleri
ZAFER ÖZTÜRK
- Preparation and characterization of carbon supported platinum nanocatalysts with different surfactants for C1 to C3 alcohol oxidations
C1?den C3?e kadar olan alkol yükseltgenme reaksiyonları için karbon destekli platin nanokatalizörlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
SALİH ERTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Bölümü
PROF. DR. GÜLSÜN GÖKAĞAÇ ARSLAN
- Karbon destekli platin ve platin-ikinci metal nano partiküllerin etilen glikol indirgenmesi ile hazırlanması ve tanımlanması
Preparation and characterization of carbon supported platinum and platinum-second metal nanoparticles from ethylene glycol reduction
NAZİFE ÇALIŞKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BOZ
- Nano boyutlu modifiye katalizörler üzerinde alkollerin elektrooksidasyonu
Electrooxidation of alcohols on nanosized modified catalysts
MÜGE CİVELEKOĞLU ODABAŞ