Carbon nanofiber supported pt nanoparticles with an accurate size control through copolymer stabilization and chemical reduction for PEM fuel cell application
PEM yakıt pilleri için kopolimer stabilizasyonu ve kimyasal indirgeme yoluyla kontrollü olarak karbon nanofiber destekli pt nanoparçacıkların sentezlenmesi
- Tez No: 478679
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. SERKAN ÜNAL, DR. SERAP HAYAT SOYTAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya, Energy, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 102
Özet
Bu çalışmada, polimer-kökenli karbon nanofiber (CNF)/platin (Pt) nanoparçacık katalizör malzemelerin büyük ölçekli üretimini sağlayabilecek mikrodalga-esaslı bir yöntem geliştirilmiştir. CNF-destekli Pt katalizör örnekler, poli(akrilonitril-co-N-vinilpirrolidon) (P(AN-co-nVP)) ve PtCl2 tuzunun birlikte elektrodokunması ve elde edilen nanofiber matlarının hidrazin çözeltisi içinde mikrodalga yardımıyla indirgeme ve sonradaki karbonizasyon işlemleriyle sentezlenmiştir. Bu çalışmanın amacı, kopolimerin Pt+ dağılımını sağlayacak yapısından ve mikrodalga yardımıyla ani indirgeme işleminde faydalanarak, Pt nanoparçacık boyut ve dağılımlarını kontrol edebilmektir. Mikrodalga ile indirgeme işleminden önce, karbonizasyon sıcaklığının (600 – 1000 ̊C) Pt parçacılarının büyümesi üzerine etkileri incelenmiştir. Bu çalışma sonucu, 800 ̊C'deki karbonizasyon işlemi ile homojen parçacık dağılımı elde edilebildiği ve bu örneklerin, diğer sıcaklıklarda üretilen örneklerle karşılaştırıldığında, en yüksek elektroaktif yüzey alanına (ECSA) sahip örnekler olduğu gözlemlenmiştir. Mikrodalga yardımıyla iki tür örnek sentezlenmiştir: CNT-içermeyen ve CNT-içeren. Farklı sürelerde mikrodalga ışıması, her iki tür elektrodokunmuş nanofiber/PtCl2 örneklerine uygulanarak nanoparçacık indirgemesi gerçekleştirilmiştir. Farklı süreç değişkenlerinin optimizasyonu sonucunda, CNT-içermeyen örnekler üzerinde ortalama çapı 1.751 nm olan, CNT-içeren örnekler üzerinde ise ortalama çapı 0.862 nm olan nanoparçacıklar başarıyla sentezlenmiştir. Ortalama Pt parçacık boyutunun uygulanan mikrodalga süresi ile arttığı gözlemlenmiştir. 15 s mikrodalga ışımasına maruz bırakılan örneklerde Pt parçacık boyutu daha küçük olmasına rağmen, 30 s işlem gören örnekler daha yüksek elektroaktif yüzey alanına sahiptir. Bu durum 15 s işlem gören örneklerde fiber yüzeyinde erişilebilir Pt parçacığının daha az olması ile açıklanabilir. CNT-içeren örneklerde ise en yüksek katalitik aktivite (82.55 m2/g) 15 s işlem görmüş örneklerde gözlemlenmiştir. Bu sonucun, CNT'nin de yardımıyla yüzeyde daha fazla Pt nanoparçacığının yer almasından ve elektriksel iletkenliğin daha yüksek olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
A one-pot microwave-assisted synthesis method was developed to produce scalable carbon nanofiber (CNF) supported platinum nanoparticle catalysts through an in-situ polymer-based technique. CNF-supported Pt samples were synthesized through electrospinning of poly(acrylonitrile-co-N-vinylpyrrolidone) (P(AN-co-nVP)) copolymer containing PtCl2 salt and consequent microwave reduction within hydrazine hydrate solution and carbonization. The aim of this study was to achieve a precise control on the size and distribution of the Pt nanoparticles by benefiting from a copolymer random templating and rapid microwave reduction. Prior to the application of microwave reduction on nanofibers, the pure effect of various carbonization temperatures (from 600 ̊C up to 1000 ̊C) on growth of Pt particles was studied. The carbonization at 800 ̊C was observed to represent a homogenous particle size distribution and the highest electroactive surface area (ECSA). Two types of samples were synthesized using microwave-assisted reduction – CNT-free and CNT-containing. The microwave irradiation for various time intervals (15s – 120s) was applied on both the CNT-free and the CNT-containing electrospun nanofibers with PtCl2. By selectively changing the process conditions, the minimum average size of 1.751 nm in diameter was obtained in the case of CNT-free samples while 0.862 nm nanoparticles with a narrow size distribution was achieved for the CNT-containing samples for the first time. The mean Pt particle size was increased as a function of microwave irradiation time. The ECSA values obtained for CNT-free samples demonstrated a maximum activity for sample treated for 30 s, despite the smaller Pt particle size in the 15 s-treated sample. This behavior was attributed to the lower amount of accessible Pt particles on the fiber surface. In the case of CNT-containing samples the best catalytic activity (82.55 m2g-1) was observed for 15s microwave reduction, which was hypothesized to be as a result of the significantly higher number of Pt cluster nucleated near the surface of the CNFs, a higher surface area due to the presence of CNTs and a higher electrical conductivity.
Benzer Tezler
- Elektrospinning tekniği ve UV ışımasının eşzamanlı olarak uygulanması ile nanofiber membranların uygulanması hazırlanması ve kıymetli metallerin adsorpsiyonunda
Preparation of nanofiber membranes by the implementation of electrospinning technique and UV radiation simultaneously and application on adsorption of precious metals
BİHTER ZEYTUNCU
Doktora
Türkçe
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN AKMAN
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Synthesis and optimization of carbon nanofiber templated polypyrrole
Karbon nanofiber şablonlu polipirolün sentezi ve optimizasyonu
AYÇA ERDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
KimyaSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUDA YÜRÜM
- Karbon destek üzerine molibden yüklü nanokatalizörlerle mikrodalga ortamında cox içermeyen hidrojen üretimi
Microwave assisted cox-free hydrogen production over carbon supported molybdenum nanocatalysts
MELİH GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİLEK VARIŞLI
- Production and characterization of porous carbon nanofibers as anodes for sodium ion batteries
Gözenekli karbon nano liflerin sodyum iyon pillerı için anot olarak üretimi ve karakterizasyonu
BÜLİN ATICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELTEM YANILMAZ
- Elektro döndürme yöntemi ile elde edilen karbon nanolif ve karbon nanotüplerin karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi
Characterisation and functionalization of electrospun carbon nanofibers and carbon nanotubes
MERVE YILMAZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. FİLİZ ALTAY