การพอกพูนด้วยไฟฟ้าแบบเป็นช่วงของตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมโคบอลต์บนกลาสซีคาร์บอนและผ้าคาร์บอน

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลทินัมโคบอลต์โดยการพอกพูนด้วยไฟฟ้าแบบเป็นช่วงและแบบตรงข้ามในสารละลายโซเดียมคลอไรด์อิเล็กโทรไลต์ โดยปกติการศึกษาและวิเคราะห์สมบัติทางเคมีไฟฟ้าของตัวเร่งปฏิกิริยาที่พอกพูนได้มักจะศึกษาบนขั้วอิเล็กโทรดกลาสซีคาร์บอน แต่ภาวะการใช้งานจริงสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็มตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกพอกพูนบนขั้วอิเล็กโทรดผ้าคาร์บอน ด้วยเหตุนี้จึงมีความสนใจที่จะเปรียบเทียบผลของตัวเร่งปฏิกิริยาที่พอกพูนบนขั้วอิเล็กโทรดกลาสซีคาร์บอนและผ้าคาร์บอนต่อสมบัติทางเคมีไฟฟ้า ตัวแปรทางไฟฟ้าที่ศึกษา ได้แก่ ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าแคโทดิกและแอโนดิกในช่วง 10-30 และ 1-50 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ตามลำดับ เวลาหยุดการพอกพูนด้วยไฟฟ้าระหว่าง 0.1-0.5 วินาที และเวลาของการเกิดปฏิกิริยาผันกลับระหว่าง 0.025-0.5 วินาที เมื่อทำการพอกพูนด้วยรูปแบบกระแสไฟฟ้าชนิดเดียวกันบนขั้วอิเล็กโทรดผ้าคาร์บอนและกลาสซีคาร์บอน พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่พอกพูนบนขั้วอิเล็กโทรดทั้งสองชนิดมีองค์ประกอบทางเคมีใกล้เคียงกัน แต่เมื่อทดสอบสมบัติทางเคมีไฟฟ้าด้วยเทคนิคไซคลิกโวลแทมเมทรีและเทคนิคไฮโดรไดนามิกแบบขั้วไฟฟ้าแผ่นหมุน พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่พอกพูนได้บนขั้วอิเล็กโทรดผ้าคาร์บอน ไม่สามารถคำนวณหาปริมาณประจุที่ใช้ดูดซับ-คายซับของอะตอมไฮโดรเจนที่แน่นอนได้และมีค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าทางจลนศาสตร์ที่มากเกินจริง เนื่องมาจากลักษณะสัณฐานวิทยาของผ้าคาร์บอน จากผลการทดลองข้างต้นงานวิจัยนี้จึงศึกษาผลของตัวแปรทางไฟฟ้าโดยการพอกพูนบนขั้วอิเล็กโทรดกลาสซีคาร์บอน พบว่าการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าแคโทดิกและช่วงเวลาของการหยุดพอกพูนจะได้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมที่มีองค์ประกอบทางเคมีในช่วงกว้าง คือ Pt16Co84 ถึง Pt89Co11 และเมื่อศึกษาผลของความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าแอโทดิกและเวลาของการเกิดปฏิกิริยาผันกลับ พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมจะมีองค์ประกอบทางเคมีในช่วง Pt33Co67 ถึง Pt91Co9 เมื่อวิเคราะห์ความว่องไวของการเกิดปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจน พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสม Pt76Co24 มีค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าทางจลนพลศาสตร์ของการเกิดปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงแบบพีอีเอ็มสูงสุดเมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมองค์ประกอบอื่นรวมถึงโลหะแพลทินัมบริสุทธิ์