Electroreduction of oxygen on carbon nanomaterial-based catalysts

Doktoritöös uuriti hapniku elektrokeemilist redutseerumist erinevatel süsiniknanomaterjalidel. Süsinikmaterjalide pinda modifitseeriti ka raud- ja koobaltftalotsüaniinide ning -porfüriinidega ja uuriti nende elektrokatalüütilisi omadusi. Hapniku elektroredutseerumist uuriti happes töödeldud ning töötlemata süsiniknanotorudega modifitseeritud klaassüsinikelektroodidel 0,5 M H2SO4 lahuses. Tulemused näitasid, et süsiniknanotorude hapetes töötlemine omab materjali elektrokatalüütilistele omadustele märkimisväärset efekti ning nanotorude sünteesi käigus neisse jäävad metallide jäägid määravad paljuski nende materjalide elektrokatalüütilise aktiivsuse hapniku redutseerumisel happelises keskkonnas. Hapniku redutseerumise ekperimendid mitmeseinaliste ja kaheseinaliste süsiniknanotorudega näitasid mõlemat tüüpi nanotorude kõrget elektrokatalüütilist aktiivsust leeliselises keskkonnas. Uuriti hapniku elektrokeemilise redutseerumise pH-sõltuvust ja pindaktiivsete ainete põhjustatud efekti. Mitmeseinaliste süsiniknanotorudega modifitseeritud elektroodidel saadud hapniku redutseerumise pH-sõltuvus sarnaneb kvalitatiivselt poleeritud klaassüsinikelektroodiga saadud andmetele. Mõõtmistulemuste alusel võib väita ka seda, et pindaktiivsete ainete mõju hapniku elektrokeemilisele redutseerumisele on ilmne. Erinevate süsiniknanomaterjalidega modifitseeritud elektroodide hapniku redutseerumise uuringud näitasid, et kõik kasutatud süsinikmaterjalid omasid leeliselistes lahustes suurt katalüütilist aktiivsust. Töö ühe osana valmistati süsiniknanotorude ja metalloftalotsüaniinide ning metalloporfüriinide abil madalatemperatuurilise kütuseelemendi katalüsaatormaterjale. Leiti, et 800 °C juures pürolüüsitud katalüsaator näitab hapniku elektroredutseerumisel kõrgeimat aktiivsust. Lisaks viidi läbi ka katalüsaatormaterjalide uurimine leeliselises OH− ioonvahetusmembraaniga kütuseelemendis. Koobaltftalotsüaniin/süsiniknanotorud katalüsaatori maksimaalne võimsustihedus oli sarnane 20%-lisele Pt/C katalüsaatorile. Porfüriinid ja ftalotsüaniinid seondati redutseeritud grafeenoksiidi pinnale füüsikalise adsorptsiooni meetodil. Elektrokeemilised mõõtmised näitasid grafeenil põhinevate katalüsaatorite suurepäraseid katalüütilisi omadusi hapniku redutseerumisel leeliselises keskkonnas.

Author

• Kruusenberg, Ivar

• katalüsaatorid
• süsinikmaterjalid
• hapnik
• elektrokeemiline reduktsioon
• catalysts
• carbon materials
• nanomaterials
• oxygen
• electrochemical reduction

Identifier

hdl:10062/31585

OAI identifier oai:identifier

oai:dspace.ut.ee:10062/31585