ผลของตัวรองรับต่อกัมมันตภาพและเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าฐานแพลทินัมสำหรับปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าฐานแพลทินัมสำหรับปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม โดยแบ่งการทำงานออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกเป็นการศึกษาและเปรียบเทียบกัมมันตภาพและเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าฐานแพลทินัม 2 ชนิด บนตัวรองรับคาร์บอน (Carbon Vulcan XC72) คือ แพลทินัมแพลเลเดียม (Pt-Pd/C) และแพลทินัมโคบอลต์ (Pt-Co/C) โดยเปรียบเทียบกับแพลทินัม (Pt/C) โดยตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ถูกเตรียมโดยวิธีแพร่ซึมและล่อผลึก เมื่อนำตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวไปทดสอบกัมมันตภาพในเซลล์เชื้อเพลิงเดี่ยว พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd/C มีกัมมันตภาพสูงที่สุดคือให้ค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ศักย์ไฟฟ้า 0.6 และ 0.9 โวลต์ เท่ากับ 469 และ 9.95 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ตามลำดับ และเมื่อทดสอบเสถียรภาพภายใต้ภาวะกรด (กรดซัลฟูริก 0.5 โมลต่อลิตร) พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd/C มีเสถียรภาพดีที่สุด สำหรับงานในส่วนที่สองเป็นการนำตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd จากการศึกษาในส่วนแรกมาเปรียบเทียบกัมมันตภาพและเสถียรภาพบนตัวรองรับ 4 ชนิด คือคาร์บอนวัลแคน (C) Hicon black (HB) ท่อนาโนคาร์บอน (CNT) และไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) จากการทดสอบ กัมมันตภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd/C Pt-Pd/HB Pt-Pd/CNT และ Pt-Pd/TiO₂ พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวให้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ 0.6 โวลต์เท่ากับ 469 474 443 และ 231 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ตามลำดับ เมื่อนำตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวมาทดสอบเสถียรภาพภายใต้ภาวะกรดจำนวน 1,000 รอบ พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd/CNT มีอัตราการลดลงของพื้นที่ในการเกิดปฏิกิริยาน้อยที่สุด รองลงมาคือ Pt-Pd/HB Pt-Pd/C และ Pt-Pd/TiO₂ นอกจากนี้ยังพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Pd บนตัวรองรับทั้ง 4 ชนิด มีวิถีการเกิดปฏิกิริยาออกซิเจนรีดักชันแบบ 4 อิเล็กตรอน