ผลของอิเล็กโทรไลต์ในการชุบต่อองค์ประกอบและกัมมันตภาพโออาร์อาร์ของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลทินัมโคบอลต์

EFFECTS OF PLATING ELECTROLYTE ON COMPOSITION AND ORR ACTIVITY OF PtCo ALLOY CATALYSTS

Name: ปราณี พวงสมบัติ

ThaSH: อิเล็กทรอไลต์

ThaSH: ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ

ThaSH: เซลล์เชื้อเพลิง

Abstract: งานวิจัยนี้ได้ศึกษาการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลทินัมโคบอลต์ (PtCo) ด้วยวิธีการพอกพูนโดยไฟฟ้าบนผ้าคาร์บอน โดยศึกษาผลของสารละลายที่ใช้ในการพอกพูนประกอบด้วย ชนิดของตัวช่วยในการนำไฟฟ้า (H2SO4, Na2SO4 และ NaCl) ค่าความเป็นกรด (pH) และความเข้มข้นของเกลือแพลทินัม (0.004 ถึง 0.01 โมลต่อลิตร) และเกลือโคบอลต์ (0.1 ถึง 0.2 โมลต่อลิตร) ในสารละลาย ต่อองค์ประกอบและสัณฐานวิทยาของตัวเร่งปฏิกิริยาที่พอกพูนได้ โดยใช้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าในการพอกพูนแบบคงที่ ที่ 10 และ 20 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร โดยพยายามเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลทินัมโคบอลต์ให้ได้องค์ประกอบอยู่ในช่วงกว้างที่สุด (0 ถึง 100 ร้อยละโดยอะตอมแพลทินัม) สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าในเซลล์เชื้อเพลิง ผลจากการศึกษาพบว่า ค่าความเป็นกรดของสารละลายที่ใช้ในการพอกพูนส่งผลต่อองค์ประกอบของตัวเร่งปฏิกิริยาที่พอกพูนได้ประมาณ ร้อยละ 7 โดยเมื่อปรับ pH ให้มีค่าต่ำลงเป็น 2.6 (จาก pH ธรรมชาติ) ของตัวช่วยในการนำไฟฟ้าแต่ละชนิด และพบว่าชนิดของตัวช่วยในการนำไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญต่อช่วงขององค์ประกอบตัวเร่งปฏิกริยาโลหะผสมแพลทินัมโคบอลต์ที่พอกพูนได้ โดยเมื่อใช้ NaCl เป็นตัวช่วยในการนำไฟฟ้า ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าในการพอกพูน 20 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร จะให้องค์ประกอบ Pt:Co ที่กว้างกว่าตัวช่วยในการนำไฟฟ้าชนิดอื่น โดยองค์ประกอบของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลทินัมโคบอลต์ที่เตรียมได้คือ Pt78Co22 Pt55Co45 Pt45Co55 Pt24Co76 Pt21Co79 Pt13Co87 Pt11Co89 Pt10Co90 และ Pt8Co92 ซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลทินัมโคบอลต์ที่องค์ประกอบ Pt8Co92 มีพื้นที่ผิวในการเกิดปฏิกิริยาต่อปริมาณแพลทินัมสูงที่สุด (ประมาณ 1443 ตารางเมตรต่อกรัมแพลทินัม) เทียบกับองค์ประกอบอื่นรวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมบริสุทธิ์ (ประมาณ 743 ตารางเมตรต่อกรัมแพลทินัม) แต่จะให้พื้นที่ผิวในการเกิดปฏิกิริยาโดยรวมต่ำที่สุด และจากการศึกษากลไกในการเกิดปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนโดยพิจารณาจากความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าจำเพาะทางจลนพลศาสตร์พบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลทินัมโคบอลต์ทุกองค์ประกอบที่พอกพูนได้มีวิถีทางการเกิดปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนเป็นแบบ 4 อิเล็กตรอน โดยตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสม Pt78Co22 มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าจำเพาะทางจลนพลศาสตร์ (ประมาณ 131.53 ไมโครแอมแปร์ต่อตารางเมตร) สูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมทุกองค์ประกอบรวมทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมบริสุทธิ์ (105.67 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร) แสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสม Pt78Co22 มีกัมมันตภาพจำเพาะในการเร่งปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนสูงที่สุด และมีศักยภาพในการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจน สามารถนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงแทนแพลทินัมบริสุทธิ์

Abstract: This research studied the eletrodeposition of PtCo alloys onto the carbon cloth in different plating baths. The effect of the plating bath including a type of the supporting electrolytes (H2SO4, Na2SO4 and NaCl), solution pH and concentrations of Pt (0.004–0.01 M) and Co (0.1–0.2 M) salts used in the plating baths on the composition and morphology of the PtCo alloys had been investigated. The Electrodeposit was carried out using the direct current (DC) at the current densities of 10 and 20 mA cm-2. The aim was to produce PtCo alloys having the Pt:Co composition range of this study as wide as possible (from 0 to 100 %Pt) in order to apply to various applications including fuel cells. The pH of the plating baths was found to have a little effect on the composition of the PtCo alloys deposited where PtCo compositions changed only ~7% when the pH of the plating bath was changed from their natural pH to 2.6. The type of the supporting electrolyte was found to play the vital role on broadening the composition range of PtCo deposited alloys. When NaCl was used as the supporting electrolyte, the Pt:Co ratios of the alloys deposited were significantly broader than those prepared from other two supporting electrolytes. The compositions of PtCo alloy catalysts produced in NaCl consisted of Pt78Co22, Pt55Co45, Pt45Co55, Pt24Co76, Pt21Co79, Pt13Co87, Pt11Co89, Pt10Co90 and Pt8Co92. Pt8Co92 had the highest electrochemical active surface area (1443 m2 gPt-1) compared to those of PtCo alloys having other compositions including pure Pt (743 m2 gPt-1). Based on the electrocatalytic reaction study towards oxygen reduction reaction (ORR), PtCo catalysts at all compositions had a direct 4 electron pathway for the ORR and Pt78Co22 yielded the highest specific kinetic current density (131.53 μA m-2) which was higher than that of pure Pt catalyst (105.67 μA m-2).

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: นิสิต ตัณฑวิเชฐ

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2558

Modified: 2561-05-14

Issued: 2561-05-14

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/50851

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เทคโนโลยีเชื้อเพลิง

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	5672013023[1].pdf	5.73 MB

ใช้เวลา

0.034256 วินาที