การเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าแพลทินัมบนคาร์บอนสำหรับปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Abstract

ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมถือได้ว่าเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่นิยมใช้สำหรับปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงชนิดพีอีเอ็ม โดยในงานวิจัยนี้จะศึกษาการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมโดยใช้ตัวรองรับเป็นผงคาร์บอนวัลแคน (Carbon Vulcan) จากการศึกษาเบื้องต้นพบว่าการใช้แอมโมเนียมเฮกซะคลอโรแพลทิเนต (Ammonium hexachloroplatinate, (NH4)2PtCl6) เป็นสารตั้งต้นนั้นให้ประสิทธิภาพใกล้เคียงกับการใช้สารตั้งต้นเป็นกรดเฮกซะคลอโรแพลทินิก (Hexachloroplatinic acid, H2PtCl6)โดยวิธีการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดคือวิธีรีดักชันด้วยแอลกอฮอล์ จากนั้นจึงทำการศึกษาตัวแปรต่าง ๆ ที่ส่งผลต่อลักษณะสัณฐานวิทยาและปริมาณแพลทินัมของตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าการใช้เมทานอลเป็นสารรีดิวซ์จะให้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีขนาดอนุภาคของแพลทินัมเล็กกว่าและมีการกระจายตัวของอนุภาคที่สม่ำเสมอกว่าการใช้เอทานอลและ 2-โพรพานอล อีกทั้งยังมีปริมาณแพลทินัมที่สูงกว่า เมื่อทำการศึกษาผลของค่าความเป็นกรด-เบสของสารละลายเริ่มต้น พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมในสารละลายกรดจะให้ลักษณะสัณฐานวิทยาที่เหมาะสมกว่าการเตรียมในสารละลายเบสและมีปริมาณของแพลทินัมที่สูงกว่า ส่วนการศึกษาผลของความเข้มข้นของเมทานอลและเวลาที่ใช้ในการเตรียม ตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าตัวแปรเหล่านี้จะส่งผลต่อลักษณะสัณฐานวิทยาและปริมาณของแพลทินัมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เมื่อนำตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมขึ้นโดยใช้ภาวะการเตรียมที่เหมาะสมที่สุดคือ เตรียมในสารละลาย เมทานอลที่มีความเข้มข้น 5.0 โมลต่อลิตร มีค่าความเป็นกรด-เบสเริ่มต้นเท่ากับ 1 และใช้เวลาในการเตรียมทั้งหมด 1 ชั่วโมง มาทดสอบประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมขึ้นมีพื้นที่ของการเกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า (Electrochemical surface area, ECA) เท่ากับ 39.66 ตารางเมตรต่อกรัม ซึ่งมีค่าสูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาของบริษัท E-TEK ประมาณ 1.89 เท่า นอกจากนี้ที่ค่าความต่างศักย์เท่ากับ 0.6 โวลต์ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมขึ้นมีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าและความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 535 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตรและ 0.32 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตรตามลำดับ