| Popis: |
ÖZ DOĞRUDAN METANOL YAKIT PİLLERİ İÇİN KARBON DESTEKLİ VE SÜRFAKTANTLA STABİLİZE EDİLMİŞ METAL NANOKATALİZÖRLERİN HAZIRLANMASI VE ANALİZİ Çelik, Çağlar Yüksek Lisans, Kimya Bölümü Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Gülsün Gökağaç Ağustos 2005, 72 sayfa Son yıllarda, karbon destekli sürfaktantlar, örneğin 1-dekantiol, oktadekantiol, ile stabilize edilmiş platin ve platin/rutenyum maddeleri üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Bu tez çalışmasında ilk kez 1-hegzantiol organik stabilizatörü kullanılarak, karbon destekli ve bu sürfaktantla stabilize edilmiş platin ve platin/rutenyum nanoparçacık katalizörleri hazırlanmıştır. Bu yeni katalizörler, doğrudan metanol yakıt pili sisteminde kullanılan metanolün yükseltgenme tepkimesinde kullanılmışlardır. Hazırlanan katalizörlerin doğasının aydınlatılmasında dönüşümlü voltametre, X-ışınlan fotoelektron spektroskopisi ve transmisyon (geçirmeli) elektron mikroskopu tekniklerinden faydalanılmıştır. Sıcaklığın ve zamanın katalitik aktiviteye olan etkisi incelenmiş ve en aktif katalizörün, karbon destekli, 1-hegzantiol ile stabilize edilmiş ve 200°C'de 5 saat ısıtılmış olan platin nanoparçacık içeren katalizör olduğu bulunmuştur. Platin nanoparçacıklann çapı ~ 10 nm olarak ölçülmüştür. vıMetal nanoparçacıkların boyutlarının ve karbon destek üzerindeki dağılımlarının, Pt/Ru yüzey kompozisyonunun, Pt(0), Pt(H) ve Pt(TV) türlerinin bağıl değerlerinin, sürfaktatların metal nanoparçacık yüzeyinden uzaklaşıp uzaklaşmamalarının hazırlanan maddelerin katalitik aktiviteleri üzerinde oynadığı rol saptanmıştır. Hazırlanan karbon destekli 1-hegzantiol ile stabilize edilmiş Pt7sRu25 ve Pt97Ru3 nanoparçacık içeren katalizörlerin aktivitelerinin, karbon destekli 1- hegzantiol ile stabilize edilmiş Pt nanoparçacık içeren katalizörün aktivitesinden oldukça düşük olduğu gözlenmiştir. Bunun nedeni, stabilizator tabakasının metal etrafından yeterince uzaklaştırılmamasıyla ve Pt(ü) ve Pt(TV) miktarlarının metanol yükseltgenmesinde etkin tür olan Pt(0) miktarına göre artmasıyla açıklanabilir. Anahtar Kelimeler: Doğrudan Methanol Yakıt Pilleri, Platin ve Platin-Rutenyum Nanoparçacıklar Karbon Destekli ve Tiol ile Stabilize Edilmiş Katalizörler, Dönüşümlü Voltametre, Transmisyon (Geçirmeli) Elektron Mikroskopisi, X-ışınlan Fotoelektron Spektroskopisi. vıı ABSTRACT CARBON SUPPORTED AND SURFACTANT STABILIZED METAL NANOP ARTICLE CATALYSTS FOR DIRECT METHANOL FUEL CELLS Çelik, Çağlar M.S., Department of Chemistry Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Gülsün Gökağaç August 2005, 72 pages Carbon supported surfactant, such as 1-decanethiol and octadecanethiol, stabilized platinum and platinum/ruthenium species have been prepared recently. In this thesis, for the first time, 1-hexanethiol has been used as an organic stabilizer for the preparation of carbon supported platinum and platinum/ruthenium nanoparticle catalysts. These new catalysts were employed for methanol oxidation reaction, which were used for direct methanol fuel cells. Cyclic voltammetry, X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscopy have been used in order to determine the nature of the catalysts. The effect of temperature and time on catalytic activity of catalysts were examined and the maximum catalytic activity was observed for carbon supported 1- hexanethiol stabilized platinum nanoparticle catalyst (with 1:1 thiol/platinum molar ratio) which was heated up at 200°C for 5 hours. The particle size of platinum nanoparticles was determined to be ~ 10 nm in diameter. The size and distribution of metal nanoparticles on carbon support, the Pt/Ru surface composition, the relative amount of Pt(0), Pt(II) and Pt(IV) and the removal IVof organic surfactant molecules around the metal nanoparticles were found to be important in determining the catalytic activity of electrodes towards methanol oxidation reaction. A significant decrease in catalytic activity was observed for carbon supported 1-hexanethiol stabilized Pt7sRu25 and Pt97Ru3 (with 1:1 thiol/PtRu molar ratio) with respect to carbon supported 1-hexanethiol stabilized Pt (with 1:1 thiol/platinum molar ratio). This result might be due to unremoved stabilizer shell around platinum/ruthenium nanoparticles and increase in amount of Pt(II) and Pt(IV) compared to Pt(0) where the methanol oxidation occured. Keywords: Direct Methanol Fuel Cells, Platinum and Platinum-Ruthenium Nanoparticles, Carbon-Supported Thiol Stabilized Catalysts, Cyclic Voltammetry, Transmission Electron Microscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy. 92 |
