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: Belirtilmemiş.
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
- Pik demiri ve karbon çeliğinin sulu çözeltiler içindeki korozyon hızının tayini
Determination of the rate of corrosion of the cast iran and carbon steel in the aqueous solutions
EMİNE NAZAN ÜNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYRİ YALÇIN
- Katı yakıtların akışkan yatakta yakılması ve katı miktarının yatak yüksekliğine etkisi
Combustion of solid fuels in the fkuidized beds and the effects of solid quantity to the height of bed
KAMİL BEKİR KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ YÜCEL UYAREL
- İncir işletmelerinde açığa çıkan hurda incirlerin tek hücre proteini üretiminde substrat olarak kullanımı
Başlık çevirisi yok
HÜLYA OKER
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Bilimi ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET KARAPINAR
- Melastan laktik asit üretimi
Başlık çevirisi yok
ŞEBNEM HARSA
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ULGAR GÜVENÇ