Preparation and characterization of platinum/carbon catalysts synthesized by different reducing agents and surfactants and their performance towards methanol oxidation reaction
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2014
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: DENİZ ÇAKAL
Danışman: GÜLSÜN GÖKAĞAÇ ARSLAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışmasında, başlangıç maddesi olarak PtCl4, indirgeyici olarak sodyum borohidrat (Group I), hidrazin (Group II) ve formaldehit (Group III), sürfaktant olarak da hekzilamin (Group -a), N-metilhekzilamin (Group -b), N,N-dimetilhekzilamin (Group -c) kullanılarak platin nanoparçacıklar hazırlanmışır (son iki sürfaktant burada ilk kez kullanılmıştır). Pt nanoparçacıkların karbon üzerine dağıtılmasıyla hazırlanan katalizörler, doğrudan methanol yakıt hücresinde gerçekleşen metanol yükseltgenme tepkimesinde kullanılmıştır. Hazırlanan katalizörlerin karakterizasyonu, elektrokimyasal özellikleri ve performansları indüktif eşleşmiş plazma (ICP), dönüşümlü voltametre (CV), kronoamperometre (CA), X-ışınları kırınımı (XRD), X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS), transmisyon (geçirmeli) electron mikroskopu (TEM), BET yüzey analizi, fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometresi (FTIR) gibi teknikler kullanılarak yapılmıştır. XRD ve TEM sonuçları platinin ~5 nm büyüklüğünde, yüzey merkezli kübik yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Bu küçük parçacıkların yanında değişik büyüklükte, şekilde ve yoğunlukta büyük parçacıkların da olduğunu göstermiştir. Grup I'de kübik platin nanoparçacıkları bir araya gelerek 20 - 200 nm büyüklüğünde büyük parçacıklar oluşturmuştur. Grup II 50 - 200 nm büyüklüğünde yoğun, büyük ve yuvarlak platin parçacıklarından oluşurken, Grup III yine yuvarlak ancak daha az yoğun ve küçük (50 - 150 nm) platin parçacıklarından oluşmuştur. XPS sonuçları platinin iki değişik oksidasyon durumunda olduğunu göstermiştir. Bunlar % 65 - 73 miktarında Pt(0) ve % 35 - 27 miktarında Pt(IV)'den oluşmaktadır. XPS verileri, HOads ve H2Oads olmak üzere, oksijenin de iki çeşit olduğunu göstermiştir. HOads:H2Oads oranının Grup I, II ve III için 85:15, 90:10 ve 80:20 olduğu tespit edilmiştir. BET analizleri katalizörlerin yüzey alanlarının sürfaktantlara değil, indirgeyicilere bağlı olduğunu göstermiştir. Grup I, II ve III için yüzey alan değerleri 30 - 35 m2/g, 4 - 9 m2/g ve 20 - 30 m2/g'dır. CV grafikleri katalizörlerin performansının Grup II < Grup I < Grup III düzeninde olduğunu göstermiştir. Bütün katalizörler gözönüne alındığında ise Katalizör IIIb'nin metanol yükseltgenmesi tepkimesine karşı en aktif (258 mA/mg Pt) katalizör olduğunu göstermiştir. Bu değer ticari olarak satılan E-TEK Pt katalizörünün 3.5 katı kadardır. Bütün bu veriler, katalizörlerin performanslarının katalizörlerin: a) aktif yüzey alanına, b) HOads/ H2Oads oranına, ve c) morfolojisine bağlı olduğunu göstermiştir.