PtCu nanoparticles supported with graphene derived materials: Synthesis,characterization and their use as electrocatalysts in PEM fuel cells
Grafen türevli malzemelerle destekli PtCu nanopartiküller; sentez, karakterizasyon ve PEM yakıt pillerinde elektrokatalizör olarak kullanımları
- Tez No: 658409
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ŞÖLEN KINAYYİĞİT GARANLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya, Energy, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Nanoteknoloji Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
PEM yakıt pilleri (PEMFC), kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştürebilen ve bunu yaparken yan ürün olarak yalnızca su üreten çevre dostu bir enerji dönüşüm sistemidir. PEMFC'nin ticari olarak kullanılabilmesi için üretim maliyetinin düşürülmesi ve veriminin artırılması gerekmektedir. Bu aşamada, PEMFC giderlerinin ~% 70'inden sorumlu membran elektrot montaj ünitesindeki (MEA) Pt katalizör miktarını azaltmak hayati önem taşımaktadır. Bu tezde, platinden daha ucuz olan ikincil bir bakır metalinin sinerjik katkısıyla karbon siyahı-grafen nanoplatelet kompozit destekli beş farklı PtCu nanopartikülleri (NP'ler) üretilmiştir. PtCu NP'leri farklı sentez koşulları altında sentezlemek için organometallik ve termal dekompozisyon olmak üzere iki sentez yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen malzemeler TGA, FT-IR, Raman, XRD, XPS, TEM, SEM-EDS ile karakterize edildi. Elektrokimyasal yüzey alanları (ECSA), döngüsel voltametri (CV) ile hesaplandı. Destekli PtCu NP'ler için en etkili sentez yöntemi; varigon gazı altında 300 C, 1 saat süren termal dekompozisyon olduğu raporlandı. İkinci bölümde, elektrokimyasal aktivite üzerinde karbon destek oranlarının etkisini araştırmak için optimize edilmiş termal dekompozisyon yöntemi ile PtCu/CB:GNP (50:50), PtCu/CB:GNP (30:70) ve PtCu/CB:GNP (70:30) NP'ler sentezlenmiştir. ECSA değerlerine göre, üç katalizörün de elektrokimyasal olarak, ticari karbon Vulcan XC-72 destekli % 20 Pt'ye kıyasla daha üstün olduğu bildirildi. Bizler, GNP'ye sahip hibrit desteğin devreye girmesiyle karbon korozyonu ve dayanıklılık sorunlarının en aza indirildiğine inanıyoruz. Ayrıca, sentezlenen bu hibrit destekli NP'ler ile katalizör aktivitesinden ödün vermeden değerli Pt metalinin katalizör içindeki oranı azaltılmıştır. İleriye yönelik çalışmalarımız, doğrudan PEMFC'ler için bu tür katalizörlerin araştırılmasına yönelik olacaktır.
Özet (Çeviri)
PEM fuel cell (PEMFC) is an environmentally friendly energy conversion system that directly transforms chemical energy into electrical energy with water as a by-product. In order to use PEMFC commercially, it is necessary to reduce the production cost and increase its efficiency. At this stage, it is vital to decrease the amount of Pt catalysts in membrane electrode assembly unit (MEA) responsible for ~70% of PEMFC expenses. In this thesis, five different carbon black-graphene nanoplatelets composite supported PtCu nanoparticles (NPs) were produced with synergistic contribution of a secondary copper metal, which is cheaper than platinum. Two methods, organometallic synthesis and thermal decomposition, were used to synthesize PtCu NPs under various conditions. The resulting materials were characterized by TGA, FT-IR, Raman, XRD, XPS, TEM, SEM-EDS. Electrochemical surface area (ECSA) were calculated by cyclic voltammetry (CV). Most effective synthesis method for supported PtCu NPs is the thermal decomposition under dynamic varigon gas at 300 C for 1 hour. In the second part, PtCu/CB:GNP (50:50), PtCu/CB:GNP (30:70) and PtCu/CB:GNP (70:30) were prepared by optimized thermal decomposition method to study the effect of carbon support ratios on electrochemical activity. According to ECSA values, all three catalysts were reported to be electrochemically superior compared to commercial %20 wt Pt on carbon Vulcan XC-72. We believe that the carbon corrosion and durability issues are minimized with the introduction of a hybrid support having GNP. Moreover, decrease of precious metal Pt without compromising from catalyst activity is achieved. Our studies will be towards direct investigation of such catalysts in PEMFCs.
Benzer Tezler
- A fundamental study on the synthesis of aerogel supported bimetallic nanoparticles using supercritical deposition
Aerojel destekli iki metalli nanoparçacıkların süperkritik depozisyon yöntemiyle sentezi üzerine temel bir çalışma
SELMİ ERİM BOZBAĞ
Doktora
İngilizce
2012
BiyokimyaKoç ÜniversitesiBiyokimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY
- Supercritical CO2 assisted preparation of Pt, PtCu, PtZn, PtCo and PtZnCo nanoparticles on various carbon aerogels as ORR electrocatalysts
Başlık çevirisi yok
ŞANSIM BENGİSU BARIM
Doktora
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY
- Carbon aerogel supported pure Pt and bimetallic Pt-Cu nanoparticles by supercritical deposition as electrocatalysts for polymer electrolyte membrane fuel cells
Polimer elektrolit membranlı yakıt pilleri için elektrokatalizör olarak karbon aerojel destekli saf Pt ve Pt-Cu ikili alaşım nanoparçacıklarının süperkritik depozisyon yöntemi ile hazırlanması ve karakterizasyonu
ŞANSIM BENGİSU BARIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. CAN ERKEY
- Global optimization of Pt-Cu clusters using a genetic algorithm and density functional theory
Pt-Cu atom topaklarının genetik algoritma ve yoğunluk fonksiyonel teorisi ile global optimizasyonu
EZGİ ERDEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY
- Doğrudan borhidrür yakıt hücre katalizörlerinin geliştirilmesi
Development of the direct borohydride fuel cell catalysts
SİBEL UYGUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM GÖKDOĞAN ŞAHİN