ผลของการปรับสภาพตัวรองรับคาร์บอนต่อกัมมันตภาพและเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าแพลทินัม-แพลเลเดียมสำหรับรีดักชันของออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Abstract

งานวิจัยนี้พัฒนาและเปรียบเทียบประสิทธิภาพการปรับสภาพผิวผงคาร์บอนเชิงพาณิชย์คือ Vulcan XC-72 ด้วยกรดไนตริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ความเข้มข้นต่างๆ เพื่อใช้เป็นตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะแพลทินัม-แพลเลเดียม (Pt-Pd) สำหรับปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม การทำงานแบ่งออกเป็น 3 ส่วน ส่วนแรกเป็นการศึกษาผลของชนิดและความเข้มข้นของสารปรับสภาพผิวต่อชนิดและหมู่ฟังก์ชันที่เกิดบนพื้นผิวของตัวรองรับ พบว่าการปรับสภาพผิวด้วยกรดไนตริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะทำให้เกิดหมู่ออกซิเจนบนพื้นผิวของตัวรองรับคาร์บอนเมื่อเทียบกับผงคาร์บอนที่ไม่ได้ผ่านการปรับสภาพผิว การเพิ่มความเข้มข้นของกรดไนตริกจะทำให้พื้นผิวคาร์บอนมีปริมาณหมู่กรดเพิ่มขึ้นและปริมาณหมู่เบสลดลง ส่วนการเพิ่มความเข้นข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะทำให้ทั้งปริมาณหมู่กรดและหมู่เบสบนพื้นผิวคาร์บอนลดลง ส่วนที่สองเป็นการศึกษาผลของการปรับสภาพผิวตัวรองรับต่อกัมมันตภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd/C ในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม พบว่าการปรับสภาพผิวตัวรองรับด้วยกรดไนตริกที่ความเข้มข้นแตกต่างกันจะไม่ส่งผลต่อกัมมันตภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd/C ในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม ส่วนการปรับสภาพผิวตัวรองรับด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ความเข้มข้นสูงจะให้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูง โดยตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd/C-O15 ให้ค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ศักย์ไฟฟ้า 0.6 โวลต์เท่ากับ 374.8 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ส่วนสุดท้ายคือการศึกษาผลของการปรับสภาพผิวตัวรองรับต่อเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd/C พบว่าการปรับสภาพตัวรองรับจะช่วยทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยามีเสถียรภาพดีขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd บนตัวรองรับทั้งที่ผ่านการปรับสภาพและไม่ผ่านการปรับสภาพมีวิถีการเกิดปฏิกิริยาออกซิเจนรีดักชันแบบ 4 อิเล็กตรอน