بخشی از مقاله
تولید الکتروشیمیایی هیدروژن با استفاده از الکترود اصلاح شده توسط روی- اکسید آهن
چکیده:
یکی از راه های متداول تولید هیدروژن روش الکتروشیمیا یی میباشد که در این روش الکترود پلاتین نیز به خاطر اضافه ولتاژ پایین تولید هیدروژن روی آن، بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. اما مشکل اساسی این الکترود قیمت بسیار بالای پلاتین و نیز منابع محدود آن بر روی پوسته زمین می باشد. بنابراین عاقلانه است به جای استفاده از این فلز گران بها از کاتالیزور های ارزان قیمت و ساده تری برای جایگزینی پلاتین استفاده شود. در این طرح ابتدا الکترود خمیر کربن توسط روی مورد اصلاح قرار گرفت و در محیط اسید سولفوریک2 مولارفرآیند آزاد سازی گاز هیدروژن مورد مطالعه قرار گرفت. سپس تاثیر اکسید آهن بر روی الکترود خمیر کربن اصلاح شده با روی مورد بررسی قرار گرفت. از الکترود اصلاح شده برای تولیدالکتروشیمیایی گاز هیدروژن استفاده شد. در این روش با افزایش تعداد سیکل های تولید هیدروژن، نه تنها راندمان کاهش نمی یابد بلکه افزایش نیز می یابد.
- 1 مقدمه
یک واقعیت پذیرفته شده برای جوامع بشری این است که انرژی مورد نیاز دنیا به سرعت رو به افزایش است و در حال حاضر منابع انرژی فسیلی با ارزش نیز به سرعت رو به اتمام بوده و از طرف دیگر مصرف زیاد آنها باعث آلودگی های شدید زیست محیطی می گردد.1 استفاده از انرژی هسته ای که منابع آن نیز محدود و مستلزم تربیت نیروی انسانی ماهر و استفاده از سیستمهای پیشرفته حفاظتی در برابر ضایعات رادیو اکتیو است ، جوابگوی نیازمندی های انرژی جهان نخواهد بود. 2 از این رو در اکثر نقاط دنیا تلاش زیادی در حال انجام است تا جایگزین مناسب و به صرفه ای برای سوخت های فسیلی معرفی شود. یکی از این کاندیدا ها گاز هیدروژن می باشد .روشهای مختلفی برای تولید گاز هیدروژن معرفی شده است که از میان آنها می توان روشهای الکتروشیمیایی [3] ، فوتوکاتالیستی [4] ، فوتوالکترو کاتالیستی [5] و هیدرولیز[6] اشاره کرد. در روش الکتروشیمیایی تولید هیدروژن یکی از الکترودهای رکاربرد الکترود پلاتین می باشد . اما مشکل اساسی این فلز قیمت بالای آن و نیز محدودیت فعلی منابع آن بر روی پوسته زمین میباشد.[7] ا ز این رو کوشش های زیادی صورت می گیرد تا یا مصرف این فلز در الکترود کم شود [8] ، یا این که جایگزینی مناسب برای آن معرفی شود . [9] در روش دوم یعنی یافتن جایگزینی مناسب ، یکی از راه ها استفاده از الکترود های اصلاح شده با کاتالیزگرهای مناسب می باشد. در این زمینه نیز سعی فراوانی شده است و گزارش های متعددی نیز در این مورد صورت گرفته است. با توجه به تحقیق صورت گرفته تا کنون گزارش در مورد کاربرد همزمان روی و اکسید آهن برای تولید الکتروشیمیایی هیدروژن انجام نشده است. در این تحقیق نیز سعی شده است با استفاده از الکترود ساده و ارزان قیمت خمیرکربن و اصلاح آن به کمک روی و اکسید آهن بر روی آن، تولید هیدروژن بر روی این الکترود در ولتاژنسبتاً پایینی با راندمان قابل قبولی انجام شود.
-2 مواد و تجهیزات
روی ، نیترات آهن 6 آبه ، گرافیت با در جه خلوص اسپکتروسکپی، روغن پارافین (با علامت تجاری (Uvasol ) و اسید سولفوریک 2 مولار هرکدام با درجه خلوص تجزیه ای از شرکت مرک((Merck تهیه شدند . محلول با استفاده از آب دیونیزه تهیه شد. بررسی های الکتروشیمیایی با استفاده از دستگاه متروهم مدل 797 VA computrace صورت گرفت . سامانه سه الکترودی شامل الکترودهای خمیر کربن اصلاح شده به عنوان الکترود کار، الکترود سیم پلاتین به عنوان کمکی و الکترود نقره/ نقره کلرید به عنوان الکترود مرجع بود . همچنین قبل از بررسی آزاد سازی گاز یدروژن محلول مورد استفاده به مدت حداقل 15 دقیقه توسط گاز بی اثر یتروژن ، اکسیژن زدایی شد . بدنه اکترود کار تشکیل شده بود از یک استوانه تفلونی که میله ای فولادی درون آن به عنوان اتصال الکتریکی و نیز جهت فشردن خمیر کربن در لوله تفلونی ، قرار می گرفت . طرحی از این الکترود در شکل (1) نمایش داده شده است .
شکل( (1 الکترود کار طراحی شده از فولاد زنگ نزن و تفلون نسوز
-3 نتایج و بحث
-1-3 تهیه اکسید آهنIII
در این قسمت از کار ، اکسید آهن (Fe2O3) به شیوه ای بسیار آسان تهیه شد. برای این منظور، ابتدا مقداری از نمک نیترات آهن6 II آبه به درون لوله پیرکس قرار داده شد و سپس در زیر هواکش (هود) بر روی شعله معمولی چراغ بونزن به مدت چند دقیقه قرار داده شد. تا ترکیبی کاملا سیاه رنگ به دست آمد.برای اطمینان از محصول به دست آمده طیف XRD آن نیز گرفته شد. که در شکل 2 نمایش داده شده است. با مقایسه ا نجام شده بین این طیف و طیف مشابهی که در سایت اکسید های نانو برای نانو ذراتFe2O3 قرار داده شده بود[10]، ملاحظه گردید که بین طیف به دست آمده برای محصول این تحقیق و نانو ذرات اکسید آهن III شباهت بسیاری وجود دارد، که می تواند دلیلی باشد بر این که این ذرات اکسید آهن III با ابعاد نانو می باشند.
