Preparation and characterization of platinum/carbon catalysts synthesized by different reducing agents and surfactants and their performance towards methanol oxidation reaction
Farklı sürfaktant ve indirgeyici ajanlar kullanılarak platin/karbon katalizörlerin hazırlanması, karakterizasyonu ve methanol yükseltgenme reaksiyonundaki performansı
- Tez No: 368880
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLSÜN GÖKAĞAÇ ARSLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, başlangıç maddesi olarak PtCl4, indirgeyici olarak sodyum borohidrat (Group I), hidrazin (Group II) ve formaldehit (Group III), sürfaktant olarak da hekzilamin (Group -a), N-metilhekzilamin (Group -b), N,N-dimetilhekzilamin (Group -c) kullanılarak platin nanoparçacıklar hazırlanmışır (son iki sürfaktant burada ilk kez kullanılmıştır). Pt nanoparçacıkların karbon üzerine dağıtılmasıyla hazırlanan katalizörler, doğrudan methanol yakıt hücresinde gerçekleşen metanol yükseltgenme tepkimesinde kullanılmıştır. Hazırlanan katalizörlerin karakterizasyonu, elektrokimyasal özellikleri ve performansları indüktif eşleşmiş plazma (ICP), dönüşümlü voltametre (CV), kronoamperometre (CA), X-ışınları kırınımı (XRD), X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS), transmisyon (geçirmeli) electron mikroskopu (TEM), BET yüzey analizi, fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometresi (FTIR) gibi teknikler kullanılarak yapılmıştır. XRD ve TEM sonuçları platinin ~5 nm büyüklüğünde, yüzey merkezli kübik yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Bu küçük parçacıkların yanında değişik büyüklükte, şekilde ve yoğunlukta büyük parçacıkların da olduğunu göstermiştir. Grup I'de kübik platin nanoparçacıkları bir araya gelerek 20 - 200 nm büyüklüğünde büyük parçacıklar oluşturmuştur. Grup II 50 - 200 nm büyüklüğünde yoğun, büyük ve yuvarlak platin parçacıklarından oluşurken, Grup III yine yuvarlak ancak daha az yoğun ve küçük (50 - 150 nm) platin parçacıklarından oluşmuştur. XPS sonuçları platinin iki değişik oksidasyon durumunda olduğunu göstermiştir. Bunlar % 65 - 73 miktarında Pt(0) ve % 35 - 27 miktarında Pt(IV)'den oluşmaktadır. XPS verileri, HOads ve H2Oads olmak üzere, oksijenin de iki çeşit olduğunu göstermiştir. HOads:H2Oads oranının Grup I, II ve III için 85:15, 90:10 ve 80:20 olduğu tespit edilmiştir. BET analizleri katalizörlerin yüzey alanlarının sürfaktantlara değil, indirgeyicilere bağlı olduğunu göstermiştir. Grup I, II ve III için yüzey alan değerleri 30 - 35 m2/g, 4 - 9 m2/g ve 20 - 30 m2/g'dır. CV grafikleri katalizörlerin performansının Grup II < Grup I < Grup III düzeninde olduğunu göstermiştir. Bütün katalizörler gözönüne alındığında ise Katalizör IIIb'nin metanol yükseltgenmesi tepkimesine karşı en aktif (258 mA/mg Pt) katalizör olduğunu göstermiştir. Bu değer ticari olarak satılan E-TEK Pt katalizörünün 3.5 katı kadardır. Bütün bu veriler, katalizörlerin performanslarının katalizörlerin: a) aktif yüzey alanına, b) HOads/ H2Oads oranına, ve c) morfolojisine bağlı olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, platinum nanoparticles were prepared by using PtCl4 as a starting material, sodium borohydride (Group I), hydrazine (Group II) and formaldehyde (Group III) as reducing agents and hexylamine (Group -a), N-methylhexylamine (Group -b), N,N-dimethylhexylamine (Group -c) as surfactants (the last two surfactants were used for the first time). These platinum nanoparticles were dispersed on Carbon XC-72 to be utilized as catalyst for methanol oxidation reaction which can be used in direct methanol fuel cells. The characterization, electrochemical properties and performance of catalysts were defined by using inductively coupled plasma spectroscopy (ICP), cyclic voltametry (CV), chronoamperometry (CA), X-ray diffraction (XRD), X-photoelectron Spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), BET surface area analysis and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). XRD and TEM results indicated that platinum crystallizes in face-centered cubic (fcc) structure with a size of ~5 nm. In addition to these small particles, agglomerated particles were also observed in different size, shape and density. In Group I, cubic platinum nanoparticles come together to form large particles with a size of 20 - 200 nm. In Group II, agglomerated particles were appeared to be dense, large and spherical lumps with a size of 50 - 200 nm. In Group III, the agglomerated particles were also formed in spherical shape but not as much dense and large (50 - 150 nm) as in Group II. XPS results revealed that there are two different oxidation states of platinum in each catalyst. These are Pt(0) and Pt(IV) and their percentages changes between 65 - 73 and 35 - 27, respectively. XPS data also showed the existence of two kinds of oxygen, HOads and H2Oads, with a ratio of 85:15, 90:10 and 80:20 for Group I, II and III, respectively. BET analyses indicated that the surface area of catalysts depends on reducing agent not surfactant. It was 30 - 35 m2/g, 4 - 9 m2/g and 20 - 30 m2/g for Group I, II and III, respectively. CV records demonstrated that the order of catalysts performance was Group II < Group I < Group III. Within all catalysts, Catalyst IIIb exhibited the highest performance (258 mA/mg Pt) towards methanol oxidation reaction and provided 3.5 times greater performance than the commercial E-TEK Pt catalyst. All these data indicated that the performance of these catalysts depends on: a) active surface area, b) HOads/ H2Oads ratio, and c) morphology of the catalysts.
Benzer Tezler
- Bir pamuk iplikhanesinde fiili çalışma metodlarının incelenmesi ve mevcut işlemlerin standart sürelerinin saptanması
Başlık çevirisi yok
MÜRŞİDE KESEROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
İşletmeEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA NAZMİ ERCAN
- Kalıp hazırlama teknikleri dersinde ders araçlarının öğrenci başarısına etkisi
Başlık çevirisi yok
FATMA BAYRAKTAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Eğitim ve ÖğretimGazi ÜniversitesiGiyim Endüstrisi ve Giyim Sanatları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HIFZI DOĞAN
- Ankara botanik parkındaki bazı bitkilerin polenlerinin morfolojik çalışması
Morphological study of the pollen grains of some plants in Ankara botanic Park
MELAHAT KURTULUŞ
- Buca yerleşme merkezinde ekoloji yönünden önemli biyotoplar üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
KEMAL TULUHAN YILMAZ