Węgiel szklisty

1. Pracownia Elektroanalizy Chemicznej Promotor: prof. dr hab. Paweł J. KuleszaOpiekun: mgr Aneta Kolary - Żurowska Anna Szamborska Wykorzystanie heteropolianionów oraz tlenków wolframu i molibdenu do aktywacji katalizatorów platynowych w procesie elektroredukcji tlenu Badane pod względem molekularnym cząsteczki heteropolianionów, zastosowane jako stabilizatory dla nanocząstek platyny, okazały się być przydatnymi do przygotowywania układów wielowarstwowych na bazie metody nakładania warstwy na warstwę (layer-by-layer). Modyfikacja nanocząstek platyny przy użyciu heteropolikwasów powoduje aktywację katalizatora poprzez zwiększenie powierzchni aktywnej, zmniejszając ilość zużywanego metalu, a dobór odpowiedniego łącznika zapewnia szybki i odwracalny transport ładunku. Celem pracy było zoptymalizowanie procesu tworzenia układu wielowarstwowego przy zastosowaniu heteropolianionu fosfododekamolibdenowego (PMo12) i nieorganicznego łącznika, tlenku wolframu (WO3). Podjęto również próbę użycia tlenku wolframu jako łącznika przy tworzeniu układu wielowarstwowego nanocząstek stabilizowanych polianionem PMo12. Ponadto, skupiono się na możliwości wykorzystania mieszaniny PMo12 i WO3 do aktywacji centrów katalitycznych platyny na nośniku węglowym oraz na zastosowaniu owej mieszaniny do aktywacji katalizatorów dwufunkcyjnych na bazie RuSex. UKŁADY: PMO12, WO3, nPMo12/(n-1)WO3 SCHEMAT OTRZYMYWANIA UKŁADU nPMo12/(n-1)WO3 CHARAKTERYSTYKA WOLTAMPEROMETRYCZNA UKŁADU PMo12/WO3/PMo12 ELEKTROKATALITYCZNA REDUKCJA H2O2 DLA MONOWARSTWY PMo12 ORAZ UKŁADU PMo12/WO3/PMo12 HETEROPOLIKWAS PMo12 ORAZ TLENEK WO3 - ELEMENTY UKŁADÓW KOMPOZYTOWYCH nPMo12/(n-1)WO3 OPTYMALIZACJA WARUNKÓW OTRZYMYWANIA UKŁADU WIELOWARSTWOWEGO nPMo12/(n-1)WO3 Węgiel szklisty Węgiel szklisty n = 2, 4, 6 Wpływ starzenia się roztworu koloidalnego WO3 na efektywność tworzenia wielowarstwy Wpływ czasu trzymania elektrody GC w roztworze koloidalnym WO3 na efektywność tworzenia wielowarstwy Charakterystyka woltamperometryczna tlenku WO3 zaadsorbowana na elektrodzie z węgla szklistego Procedura otrzymywania układu metodą layer-by-layer (nakładania warstwy na warstwę) Monowarstwa heteropolikwasu fosfododekamolibdenowego H3PMo12O40 (PMo12) zaadsorbowana na elektrodzie z węgla szklistego PMo12 WIELOWARSTWA: PMo12/WO3/PMo12 WO3 Węgiel szklisty UKŁADY: Pt-PMo12, nPt-PMo12/(n-1)WO3 UKŁADY: Pt/C, Pt/C+PMo12+WO3, RuSex/C, RuSex/C+PMo12+WO3 • CHARAKTERYSTYKA UKŁADU NANOCZĄSTEK Pt STABILIZOWANYCH HETEROPOLIKWASEM PMo12 SCHEMAT OTRZYMYWANIA UKŁADU nPt-PMo12/(n-1)WO3 CHARAKTERYSTYKA WOLTAMPEROMETRYCZNA UKŁADU 3Pt-PMo12/2WO3 ELEKTROKATALITYCZNA REDUKCJA O2 DLA UKŁADU nPt-PMo12/(n-1)WO3 WPŁYW MIESZANINY PMo12 I WO3 NA ULEPSZENIE WŁAŚCIWOŚCI KATALITYCZNYCH Pt/C ORAZ RuSeX WOBEC REAKCJI REDUKCJI TLENU nPt Pt Pt Pt Węgiel szklisty nPt-PMo12 Monowarstwa Pt-PMo12 zaadsorbowana na elektrodzie z węgla szklistego nPt-PMo12/(n-1)WO3, gdzie n = 1, 2, 3 Zdjęcia otrzymane za pomocą trasmisyjnego mikroskopu elektronowego Procedura otrzymywania układu z nanocząstkami Pt metodą layer-by-layer (nakładania warstwy na warstwę) Elektrokatalityczna redukcja O2 dla układów Pt/C oraz Pt/C + PMo12 + WO3 Elektrokatalityczna redukcja O2 dla układów RuSex/C oraz RuSex/C + PMo12 + WO3 WO3 Pt-PMo12 C Węgiel szklisty Mieszanina WO3 i PMo12 Węgiel szklisty Pt lub RuSex • Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono możliwość zastosowania tlenku wolframu w roli łącznika nieorganicznego do budowania układów wielowarstwowych heteropolianionów oraz nanocząstek Pt stabilizowanych heteropolianionami. Takie układy, w porównaniu z czystą Pt, wykazują zwiększoną aktywnością elektrokatalityczną wobec reakcji redukcji tlenu. • Zastosowany heteropolikwas oraz tlenek wolframu aktywuje redukcję nadtlenku wodoru, poprawiając tym samym efektywność działania katalizatora platynowego. • Wstępne badania układów Pt/C oraz RuSex/C modyfikowanych mieszaniną PMo12 i WO3, wskazują na poprawę ich właściwości katalitycznych względem redukcji tlenu. Obserwujemy przesuniecie potencjałów w kierunku bardziej dodatnich wartości, co z perspektywy możliwości ich zastosowania jako materiał na katodę w ogniwie paliwowym jest istotnym czynnikiem. Badania prowadzone były w warunkach: elektrolit 0,5 mol/dm3 H2SO4; elektroda pracująca z węgla szklistego; szybkość zmian potencjału w czasie υ = 50 mV/s, kataliza υ = 10 mV/s