بخشی از مقاله
چکیده:
در این کار، نانوکاتالیست اورتوفریت لانتانیم-نانو لوله کربنی با موفقیت سنتز شد و اثر کاتالیزوری آن بر الکترواکسیداسیون اتانول مورد بررسی قرار گرفت. بررسیهای الکتروشیمیایی با استفاده از الکترود کربن شیشهای و با استفاده از تکنیکهای ولتامتری چرخهای و کرونوآمپرومتری انجام شدند. عوامل موثر بر الکترواکسیداسیون اتانول در سطح نانو کاتالیست اورتوفریت لانتانیم-نانو لوله کربنی از جمله غلظت اتانول، غلظت سدیم هیدروکسید به عنوان الکترولیت و مقدار نانوذرات اورتوفریت لانتانیم مورد بررسی قرار گرفتند و شرایط بهینه انتخاب شدند. نتایج نشان دادند این کاتالیست فعالیت کاتالیزوری خوبی برای الکترواکسیداسیون اتانول دارد.
واژههای کلیدی: نانوکاتالیست، نانو لوله کربنی، اورتوفریت لانتانیم، اتانول.
.1مقدمه1
فلزات نجیب به ویژه سیستمهای بر پایه پلاتین [1] و نیز سیستم-های دوفلزی پلاتین-روتنیم [2] فعایت کاتالیزوری خوبی را برای الکترواکسایش اتانول نشان میدهند ولی هزینه بالای آنها احتمالا مانع استفاده گسترده از آنها است. به علاوه فلزات نجیب به آسانی با محصولات واسطه بدست آمده از اکسیداسیون اتانول مسموم می-شوند .[1] بنابراین استفاده از عناصر واسطه ارزان قیمتتر جهت استفاده به عنوان آند پیل سوختی الکلی مطلوب میباشد. اخیرا دشپاند و همکارانش تنوعی از اکسیدهای پرووسکیت و A= Sr, Ce, La - A2BO4 و - B=Co , Fe, Ni, Pt ,Ru را با استفاده از سنتز احتراقی محلول آبی تهیه کردند و سپس عملکرد کاتالیزوری آنها را برای الکترواکسیداسیون اتانول اندازه گیری نمودند .[3]
پرووسکیتهای جامد با فرمول عمومی مواد کاتالیزوری ارزندهای برای کاربرد در فرآیندهای مهم تکنولوژیکی [6-4] مانند اکسایش/کاهش الکتروشیمیایی اکسیژن، اکسایش الکلها 7] و [8، اکسایش شیمیایی کربن مونوکسید و هیدروکربنها و کاهش اکسیدهای نیتروژن 9] و [10 دارند. در این کار نانوکاتالیست اورتوفریت لانتانیم -نانو لولههای کربنی تهیه شد و فعالیت کاتالیزوری نانوذرات اورتوفریت لانتانیم به همراه نانو لولههای کربن در سطح الکترود کربن شیشهای برای الکترواکسایش اتانول مطالعه گردید. فعالیت کاتالیزوری الکترود کربن شیشهای -اورتوفریت لانتانیم-نانولوله کربنی-نافیون برای اکسایش اتانول با تکنیک ولتامتری چرخهای و کرونوآمپرومتری مطالعه شد. نتایج نشان دادند که دانسیته جریان آندی و پتانسیل اکسایش اتانول تحت تاثیر غلظت اتانول، سدیم هیدروکسید به عنوان الکترولیت، مقدار نانوذرات اورتوفریت لانتانیم و سرعت روبش است.
.2 مواد و دستگاهها
محلول نافیون از مرک خریداری شد. لانتانیم کلرید، آهن کلرید، اکتانوئیک اسید، سدیم هیدروکسید و اتانول از مرک خریداری شد و بدون خالصسازی بیشتر استفاده شدند. نانو لولههای چند لایه با ابعاد 10 تا 15 نانومتر و طول 0/1 تا 1 میکرومتر از مرک خریداری شد. تمامی محلولها با استفاده از آب دوبار تقطیر تهیه شدند.
.2-1 مطالعات الکتروشیمیایی
اندازهگیریهای الکتروشیمیایی با یک الکتروآنالیزر SAMA500 انجام شدند. یک سل سه الکترودی مرسوم با الکترود پلاتین به عنوان الکترود شمارشگر، الکترود کالومل اشباع به عنوان الکترود مرجع و الکترود کربن شیشهای به عنوان الکترود کار استفاده شد. تمامی آزمایشات در دمای اتاق انجام شدند. تمام پتانسیلها نسبت به الکترود مرجع گزارش شدند. سرعت روبش برای تمام آزمایشات 100 بود.
.2-2 تهیه الکترود
برای تهیه الکترود کربن شیشهای-اورتوفریت لانتانیم -نانو لوله کربن-نافیون، 2 میلی گرم نانو پودر اورتوفریت لانتانیم، 5 میکرولیتر نافیون و 1 میلی گرم نانو لوله کربنی چند دیواره در آب دوبار تقطیر دیسپرس شدند تا سوسپانسیون یکنواختی بدست آمد. پس از قرار دادن سوسپانسیون در سطح الکترود و تبخیر حلال، الکترود مورد نظر بدست آمد.
.3 بحث و نتایج
.3-1 الکترواکسیدسیون اتانول در سطح الکترود کربن شیشهای اصلاح شده با نانو کامپوزیت اورتوفریت لانتانیم-نانو لوله کربن-نافیون خواص الکتروشیمیایی الکترود کربن شیشهای-اورتوفریت لانتانیم-نانو لوله کربن- نافیون با استفاده از ولتامتری چرخهای در محلول آبی اتانول 1/22 مولار و سدیم هیدروکسید 1/5 مولار بررسی شد و ولتاموگرامهای بدست آمده برای الکترود کربن شیشهای-اورتوفریت لانتانیم- نانولوله کربن-نافیون در حضور و عدم حضور اتانول در شکل 1 نشان داده میشود. شکل 1 - a - ولتاموگرام این الکترود در سدیم هیدروکسید 1/5 مولار را نشان میدهد. ولتاموگرام چرخهای الکترود کربن شیشهای-اورتوفریت لانتانیم-نانولوله کربن-نافیون برای اکسیداسیون اتانول افزایش زیادی را در دانسیته جریان آندی روبش رفت - Ep= 1/ 257 V - نشان میدهد که بیانگر فعالیت کاتالیزوری بسیار خوب این الکترود برای اکسیداسیون اتانول می باشد - شکل . - 1 - b - پتانسیل آستانه برای اکسیداسیون اتانول در سطح الکترود کربن شیشهای-اورتوفریت لانتانیم-نانولوله کربن-نافیون 0/88 ولت میباشد.
شکل.1 ولتاموگرامهای چرخهای الکترود کربن شیشه-ای-اورتوفریت لانتانیم- نانولوله کربن-نافیون در - a - سدیم هیدروکسید 1/5 مولار و - - b سدیم هیدروکسید 1/5 مولار و اتانول 1/22 مولار. .3-2 عوامل موثر بر الکترواکسایش اتانول در سطح الکترود کربن شیشهای-اورتوفریت لانتانیم- نانولوله کربن-نافیون بررسیها نشان دادند که عوامل گوناگونی مانند غلظت اتانول، غلظت سدیم هیدروکسید به عنوان الکترولیت، سرعت روبش و مقدار نانوذرات اورتوفریت لانتانیم مهمترین عوامل موثر بر عملکرد الکترود کربن شیشهای-اورتوفریت لانتانیم-نانولوله کربن-نافیون برای الکترواکسایش اتانول هستند. بنابراین این عوامل باید بهینه شوند که در زیر به برخی از آنها اشاره میشود.
.3-2-1 اثر غلظت اتانول
اثر غلظت اتانول بر دانسیته جریان آندی و پتانسیل الکترواکسایش اتانول در سطح الکترود کربن شیشهای-اورتوفریت لانتانیم- نانولوله کربن -نافیون در شکل 2 نشان داده میشود. به وضوح مشاهده می-شود که دانسیته جریان آندی اکسایش اتانول با افزایش غلظت اتانول افزایش مییابد و در غلظتهای بالاتر از 1/22 مولار ثابت می-شود. این امر احتمالا به دلیل اشباع شدن سایتهای فعال در سطح الکترود است. بر طبق این نتیجه، غلظت بهینه اتانول برای به دست آوردن بالاترین دانسیته جریان آندی حدود 1/22 مولار در نظر گرفته میشود. با افزایش غلظت اتانول از 0/11 تا 1/22 مولار، دانسیته جریان آندی اکسایش اتانول از 7/249 تا mA/cm2 50/863 افزایش مییابد و Ef به سمت پتانسیلهای مثبت از 1/209 تا 1/257 V جا به جا میشود. این امر احتمالاً به دلیل افزایش غلظت اتانول و بنابراین افزایش اثر مسموم شوندگی کاتالیست اورتوفریت لانتانیم است. اکسایش اتانول در کاتالیست اورتوفریت لانتانیم- نانولوله کربن-نافیون و در مقادیر یکسان نانوذرات اورتوفریت لانتانیم با غلظت 1/5 مولار سدیم هیدروکسید به دست آمده است. بنابراین غلظت 1/5 مولار سدیم هیدروکسید به عنوان غلظت بهینه انتخاب شد.
