بررسی فعالیت و تعیین پارامترهای سینتیکی الکتروکاتالیست پلاتین–کبالت بر پایه نگهدارنده نانوکامپوزیت گرافن-پلی آلیل آمین در واکنش احیای اکسیژن در پیل سوختی پلیمری

در این مطالعه نانوکامپوزیت pt-co/paa/gnp به‌دلیل رفع مشکل بازده و پایداری پایین الکترود کاتد پیل‌های سوختی پلیمری به‌ واسطه استفاده از الکتروکاتالیست تجاری pt/c در ترکیب لایه کاتالیست مجموعه الکترود و غشای پیل‌های سوختی توسعه یافت. برای این منظور نخست گرافن اکسید به عنوان ماده نگهدارنده به روش اصلاح شده هامر و آفنمن سنتز شد. سپس گرافن اکسید با پلی آلیل آمین به روش پلمیریزاسیون به روش اتصال عرضی عامل‌دار شد. پس از آن الکتروکاتالیست آلیاژ پلاتین-کبالت توسط روش نوین سنتز پلی ال به کمک امواج مایکروویو بر روی ماده نگهدارنده پخش شد. اندازه‌گیری‌های طیف رامان ساختار گرافیتی صفحه‌های گرافن احیا شده را تایید نمود. نتیجه‌های طیف فروسرخ حضور پلی آلیل آمین را در ترکیب ماده نگهدارنده نشان داد. پس از بررسی ساختار و ترکیب الکتروکاتالیست‌های pt-co/paa/gnp، pt/paa/gnp وpt/c توسط تفرق اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی سرانجام کارایی الکترودها با روش‌های الکتروشیمیایی گوناگون از جمله منحنی‌های ولتامتری چرخه‌ای، ولتامتری روبش خطی در واکنش کاهش اکسیژن ارزیابی شدند. نتیجه‌های تفرق اشعه ایکس، اندازه میانگین ذره‌های آلیاژ پلاتین-کبالت پخش شده بر روی نگهدارنده را به تقریب 11 نانومتر نشان داد. تصویرهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که کاتالیست دو فلزی پلاتین-کبالت در اندازه نانو به طور موفقیت آمیزی روی نانوصفحه‌های گرافن اکسید عامل‌دار شده با پلی آلیل آمین پخش شده و این ذره‌ها در فیلم به صورت کروی هستند و به خوبی در سطح نگه‌دارنده توزیع شده اند. طبق اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی مساحت سطح فعال الکتروشیمیایی 15.42 مترمربع بر میلی‌گرم پلاتین با بهره‌وری 62 درصد کاتالیست و جریان پیک فعالیت ویژه و جرمی به بزرگی 26.3345 و 1.7078 میلی‌آمپر بر میلی‌گرم پلاتین برای pt-co/paa/gnp به‌دست آمد که قابل مقایسه با مقدارهای به‌دست آمده برای الکترود pt/paa/gnp و نمونه تجاری می‌باشد.

activity investigations and determination of kinetic parameters of pt-co electrocatalyst supported on graphene-polyallylamine nanocomposites in oxygen reduction reaction in proton exchange membrane fuel cell

in this research nanocomposites of pt-co–polyallylamine-graphene nanoplates (pt-co/paa/gnps) was developed to improve the oxygen reduction reaction activity and stability of commercial pt/c electrocatalyst. for this purpose, first graphene oxide (go) as a support material was synthesized according to hamer and affenman method. then graphene oxide was functionalized with polyallylamine through cross linking. after that pt-co as a catalyst was dispersed on the as prepared support by a novel process polyol synthesis method assisted by microwave. raman spectroscopy measurements confirmed the graphitic structure of the produced reduced graphene oxide nanoplates. fourier transform infrared spectroscopy results illustrate the presence of polyallylamine in the composite. after investigation of the structure, morphology and composition of the prepared electrodes were characterized by x-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy (fesem) and energy dispersive spectroscopy. the catalytic activities of prepared electrodes for the oxygen reduction reaction were evaluated through cyclic voltammetry and linear sweep voltammetry measurements in the oxygen reduction reaction. x-ray diffraction results showed that pt-co particles were dispersed on the support with mean particle size of about 11. fesem images showed that the nanosized pt- co were successfully dispersed on functionalized graphene oxide nanoplates. the nanoparticles in the film were observed to be uniform spherical objects and well distributed. according to the electrochemical measurements, active electrochemical surface area of 15.42 m2pt/mgpt with 62% catalyst utilization and the specific and mass activity peak currents as high as of 26.3345 and 1.7078 ma/mgpt was found for pt-co/paa/gnp which is comparable with respect to the pt/paa/gnp electrode and commercial one.