Patricia Hernández Fernández - PDF ingyenes letöltés

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE MADRID FACULTAD DE CIENCIAS PtM/C (M = Au, Ru, Co) elektrokatalizátorok Alkalmazott Kémiai-Fizikai Tanszéke az O 2 elektroredukciós reakcióhoz. Relevancia hidrogénnel vagy metanollal hajtott polimer üzemanyagcellákban Jelentés a doktori fokozatot bemutatta: Patricia Hernández Fernández Rendezte: Dra. Pilar Ocón Esteban Dr. Sergio Rojas Muñoz Tenorált professzor Tenured Scientist Alkalmazott Fizikai Kémiai Tanszék Katalizációs Intézet és Természettudományi Kar (UAM) Petroleoquímica (CSIC) Madrid, 2009. november

hernández

A szüleimnek (ki más?)

Annyira kevés, annyi tennivaló Alexander Graham Bell

1. MUTATÓ ÖSSZEFOGLALÓ. 5 1- BEVEZETÉS. 7 1.1- JELENLEGI KERET 9 1.2- ÜZEMANYAG-SEJTEK. 12 1.2.1- ÁLTALÁNOS INFORMÁCIÓK 12 1.2.2- OSZTÁLYOZÁS 13 1.2.3- POLIMER MEMBRÁN TÜZELŐANYAGOK (PEMFC) . 16 1.2.3.1- Bipoláris lemezek és gázelosztó rendszer. 18 1.2.3.2- membrán 20 1.2.3.3- elektródák. 21 1.2.4- METANOL KÖZVETLEN TAKARMÁNYÚ ÜZEMANYAG-SEJTEK (DMFC). 24 1.2.5- Sejt-potenciálok és üzemanyagsejtek hatékonysága. 26 1.3- HIDROGÉN-OXIDÁLÁSI REAKCIÓ (HOR) 31 1.4- METANOL-OXIDÁLÁSI REAKCIÓ (MOR) . 32 1,5- OXIGEN-CSÖKKENTÉSI REAKCIÓ (ORR) . 35 1.5.1- ELEKTROKATALIZÁLÓK ORR. 37 1.6- BIBLIOGRAPHY. 39 2- CÉLOK. 45 3- KÍSÉRLETI ELJÁRÁS 47 3.1- A TÁMOGATÓK MŰKÖDÉSE. 49 3.2- Az elektrokatalizátorok szintézise. 50 3.2.1- HÁTSÓ MIKROEMULÁCIÓS MÓDSZER. 50 3.2.2- MEGHATÁROZÁSI MÓDSZER 52 3.2.3- KOLLOIDÁLIS MÓDSZER. 52 3.2.4- POLIOLMÓDSZER. 53 3.2.5- AZ ELEKTROKATALIZÁLÓK JEGYZÉKE 54 3.3- JELLEMZÉSI TECHNIKÁK. 3.3.1.1. - FÜGGETLEN ELEMZÉS 55 3.3.1.1 - Teljes reflexiós röntgenfluoreszcencia (TXRF) 55

4. MUTATÓ 6.4- TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS EGYES SEJTBEN 189 6.5- RÉSZLETES KÖVETKEZTETÉSEK. 192 6.6- BIBLIOGRAPHY . 192 7- KÖVETKEZTETÉSEK. 197 8- MELLÉKLETEK. 203

1- BEVEZETÉS 7 1- BEVEZETÉS 1.1- JELENLEGI KERET 9 1.2- ÜZEMANYAG-SEJTEK. 12 1.2.1- ÁLTALÁNOS INFORMÁCIÓK 12 1.2.2- OSZTÁLYOZÁS 13 1.2.3- POLIMER MEMBRÁN TÜZELŐANYAGOK (PEMFC) . 16 1.2.3.1- Bipoláris lemezek és gázelosztó rendszer. 18 1.2.3.2- membrán 20 1.2.3.3- elektródák. 21 1.2.4- METANOL KÖZVETLEN TAKARMÁNYÚ ÜZEMANYAG-SEJTEK (DMFC). 24 1.2.5- Sejt-potenciálok és üzemanyagsejtek hatékonysága. 26 1.3- HIDROGÉN-OXIDÁLÁSI REAKCIÓ (HOR) 31 1.4- METANOL-OXIDÁLÁSI REAKCIÓ (MOR) . 32 1,5- OXIGEN-CSÖKKENTÉSI REAKCIÓ (ORR) . 35 1.5.1- ELEKTROKATALIZÁLÓK ORR. 37 1.6- BIBLIOGRAPHY. 39

1- BEVEZETÉS 10 energia alacsony költség mellett (90%, = 10-30 nm). A szén nanocsövek (MWCNT) az oxidációs kezelést követően funkcionálissá váltak, mivel a felületüket funkcionálissá kell tenni, ha nagy fémterhelésű nanorészecskéket akarnak rajta alátámasztani. funkcionális csoportokkal rendelkező nanocsövek, például hidroxil (-OH), karboxil (- COOH) vagy karbonil (> C = O) (3.1. ábra). Ily módon csökken a szén hidrofób jellege, megkönnyítve a fém prekurzorok diffúzióját a szén belső pórusai felé a szintézis során poláris oldatokban, ezáltal növelve a fém fémes nanorészecskék diszperzióját. Továbbá bebizonyosodott, hogy ezek a funkcionális csoportok megkönnyítik a fémes nanorészecskék magképződését és növekedését, valamint stabilizálják azokat a 3, 4, 5 nanorészecske-nanocső kölcsönhatás növekedése miatt. 3.1. ábra - MWCNT a funkcionalizálás előtt (A) és (B) után kezelés 6 Két különböző funkcionalizálási módszert követtek annak érdekében, hogy tanulmányozzák a kezelés erősségének az anyag végső tulajdonságaira gyakorolt ​​hatását. Mindkettőben

3- KÍSÉRLETI ELJÁRÁS 75 EE s τ E i E f 3.9. Ábra - Jel Et idő Egy oxidációs reakciót feltételezve, a Red Ox + ne -, elsősorban a redukált fajok oxidációja következtében nagy pillanatnyi áram jelentkezik. A legközelebb áthaladó áram annak a ténynek köszönhető, hogy az említett oxidáció koncentrációs gradienst eredményezett, amely nettó vörös áramlást eredményez az elektróda felületére. Mivel a vörös faj nem létezhet az elektródban az E s potenciálnál, azt oxidációval el kell távolítani. A vörös áramlás és így az áram arányos az elektróda felületén lévő koncentrációgradienssel. A vörös folyamatos áramlása miatt e faj kimerülési zónája nagyobbá válik, amellyel a koncentrációprofil meredeksége a felszínen idővel csökken, amint az áramnál előfordul (3.10. Ábra). Az áram elmozdul a t = 0 elméleti értékétől, és az idő növekedésével nullára hajlik. EC Vörös t 0 (A) C * Piros i (B) E f 0 x 0 t 3.10. Ábra - (A) Koncentrációs profil y (B) Válasz erre Lapos elektród esetén a függőséget a Cottrell-egyenlet határozza meg:

3- KÍSÉRLETI ELJÁRÁS 77 A mérőeszköz két szivattyúból áll, egy Leybold Inficon Transpector H-100M tömegspektrométerből, egy EG&G 173 potenciométerből, egy elektrokémiai cellából és egy adatgyűjtő rendszerből. A spektrométer fő kamráját és elemző kamráját egy turbomolekuláris szivattyú és egy rotációs szivattyú együttes hatásának vetik alá a gőzzel történő szennyeződés elkerülése érdekében. A kvadrupol az elemző kamrához van csatlakoztatva, és Faraday csésze típusú szorzóval/detektorral van felszerelve (érzékenység: 100 A Torr -1). A tömegspektrométer időállandója milliszekundum nagyságrendű. A kísérleti eszköz alkalmas a m/z aránynak (MSCV és MSCA) és a hagyományos VC-nek vagy CA-nak megfelelően kiválasztott különböző tömegű voltamperogramok vagy krónamamperomatriák egyidejű megszerzésére. 1 2 6 9 10 11 4 5 3 7 8 Vákuum 3.11. Ábra - Kísérleti eszköz. (1) működő elektróda; (2) ellenelektródák; (3) kapcsolat a referenciaelektróddal; (4) elektrolit bemenet; (5) elektrolit kimenet; (6) elektrolit beömlő-kimenő kapillárisok; (7) kapillárisok összekapcsolása; (8) kapillárisok az Ar buborékra; (9) teflon tömítések; (10) porózus teflon membrán; (11) acélfritt. A kísérleti eszköz vázlata a 3.11. Ábrán látható. A DEMS cellának két rekesze van: egy felső, ahol elektrokémiai reakciók zajlanak, és egy alsó a spektrometrikus detektáláshoz. Mindkettő hat kapillárison keresztül kapcsolódik össze. A felső rekeszben a működő elektródát 100 μm vastag, 6 mm belső átmérőjű teflon tömítéssel préselik, 0,28 cm2 területet téve ki, így az elektrolit térfogata a cellában 3 μl. A teflon tömítés feladata, hogy elkerülje a súrlódás miatti katalizátor veszteségeket. Az alsó rekeszben porózus teflon membrán (Gore-Tex, 75

3- KÍSÉRLETI ELJÁRÁS 83 AB 3.16. Ábra - (A) Gázáramlás és nyomásszabályozó egység és cella hőmérséklete (B) Elektromos töltőrendszer AB 3.17. Ábra - (A) Gáznedvesítő egység (B) Vízcsapda A 3.18. Ábrán a a teljes állomás képviselteti magát, amiről az egész szakaszon már szó esett. A megfelelő nyomású és áramló gázok (H 2 és O 2) bejutnak a párásító rendszerbe, amely két tartály vízből áll a kívánt hőmérsékleten. Ezt követően a fűtött csatlakozások belépnek a cellába, amely csatlakozik az elektronikus töltőegységhez. A kijáratnál a gázok átjutnak a vízcsapdákon és visszatérnek a nyomásszabályozó egységbe. A műszeren mért nyomás a gázok belépő és kimenő nyomásának különbsége lesz.