ตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าโลหะผสมแพลทินัม-โคบอลต์เตรียมโดยกระบวนการร่วมของ การทำให้ชุ่มกับการล่อผลึกสำหรับการรีดักชันของออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Abstract

ศึกษาการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าโลหะผสมแพลทินัม-โคบอลต์ สำหรับปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม โดยอาศัยกระบวนการร่วมระหว่างการแพร่ซึมและการล่อผลึก โดยมีตัวแปรที่ศึกษาคือ การล่อผลึก การปรับผิวตัวรองรับคาร์บอนด้วยกรดไนตริก-ซัลฟิวริก ความเป็นกรด-เบสในสารละลายก่อนการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาและการเพิ่มปริมาณโลหะผสม จากการศึกษาพบว่า การล่อผลึกทำให้ได้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีขนาดเล็ก ส่งผลให้ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของตัวเร่งปฏิกิริยาในช่วงของการเกิดปฏิกิริยาสูงขึ้น การปรับผิวของตัวรองรับทำให้ตัวรองรับมีการนำไฟฟ้าที่สูงขึ้น 16.3% เมื่อเทียบกับตัวรองรับที่ไม่ผ่านการปรับผิว ในขณะที่ความเป็นกรด-เบสได้ส่งผลต่อสัณฐานวิทยาและระดับความเป็นโลหะผสมของตัวเร่งปฏิกิริยา โดยตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมที่ความเป็นกรด-เบสเท่ากับ 2 จะมีความเหมาะสมต่อการเร่งปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนมากกว่าการเตรียมที่ความเป็นกรด-เบสอื่นๆ เมื่อเพิ่มปริมาณโลหะผสมให้กับตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าปริมาณโลหะผสมที่เพิ่มขึ้นในช่วง 20% ถึง 40% โดยน้ำหนัก ไม่ส่งผลต่อขนาดอนุภาคโลหะแต่เมื่อเพิ่มปริมาณโลหะผสมมากกว่า 50% โดยน้ำหนัก จะส่งผลให้อนุภาคโลหะมีขนาดที่ใหญ่ขึ้น โดยภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าโลหะผสมแพลทินัม-โคบอลต์ บนตัวรองรับคาร์บอนด้วยกระบวนการร่วมของการแพร่ซึมและการล่อผลึกคือ การเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาบนตัวรองรับที่ผ่านการปรับผิวโดยใช้สารละลายก่อนการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีค่าความเป็นกรด-เบสเท่ากับ 2% โดยน้ำหนักของโลหะผสมเท่ากับ 30 จะมีพื้นที่ที่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยาเท่ากับ 131 ตารางเมตรต่อกรัม และให้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าเท่ากับ 772 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ที่ศักย์ไฟฟ้า 0.6 โวลต์ สำหรับเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้แก๊สไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงและใช้แก๊สออกซิเจนเป็นตัวออกซิไดซ์ นอกจากนี้เมื่อนำตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมไปทดสอบกลไกการเกิดปฏิกิริยาพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลทินัมโคบอลต์มีวิถีทางในการเกิดปฏิกิริยาแบบ 4 อิเล็กตรอน