Elektrokataliza oksidacije malih organskih molekula na elektrodama platine i paladijuma modifikovanim nanoostrvima paladijuma, rodijuma i rutenijuma-značaj za primenu u gorivnim ćelijama

Abstract

Kao odgovor rastućim energetskim potrebama modernog društva i potrebi zarešavanjem ekoloških problema, naučna i tehnološka istraživanja su fokusirana kapronalaženju čistih i efikasnih izvora energije u cilju smanjenja emisije CO2 koje potičeod sagorevanja fosilnih goriva i izbegavanju eventualne energetske krize. Shodno tome,javlja se sve veće interesovanje ka razvoju novih, jeftinijih i ekoloških sistema zakonverziju i skladištenje energije. Od svih sistema za konverziju energije najvišeobećavaju gorivne ćelije koje kao gorivo koriste male organske molekule kao što suvodonik, metanol i etanol u kojima se prilično efikasno vrši direktna konverzijahemijske u električnu energiju uz vrlo nisku emisiju zagađivača.Gorivne ćelije koje koriste alkohol kao gorivo (DAFCs – Direct Alcohol FuelCells) kao izvor energije su naročito pogodne za korišćenje, kako u prevoznimsredstvima, tako i u malim elektronskim uređajima, zbog njihovog relatvno brzog startai niske radne temperature. Uprkos obimnim istraživanjima, široka upotreba alkoholnihgorivnih ćelija još uvek je ograničena zbog njihove cene, relativno niske energije kao inezadovoljavajuće gustine snage. U cilju rešavanja ovih problema, istraživanja suusmerena ka boljem razumevanju mehanizama elektrohemijskih reakcija koje sedešavaju u gorivnim ćelijama i razvoju visoko aktivnih elektrodnih katalizatora da bi sepostigla bolja efikasnost, a samim tim i smanjenje cene.U ovom proučavanju, ispitivane su reakcije elektrooksidacije metanola ietanola u alkalnoj sredini na bimetalnim elektrodama, dobijenim spontanimdeponovanjem nanoostrva paladijuma, rodijuma i rutenijuma uz pokrivenost manju odmonosloja na površinama polikristalnih elektroda platine i paladijuma. Ex-situkarakterizacija dobijenih Pd/Pt(poly), Rh/Pd(poly) i Ru/Pd(poly) nanostruktura jevršena mikroskopijom atomskih sila (AFM), elipsometrijskom spektroskopijom irendgenskom fotoelektronskom sprektroskopijom (XPS). In-situ karakterizacijadobijenih elektroda kao i proučavanje reakcije elektrooksidacije metanola i etanolavršene su cikličnom voltametrijom u 0,1 M KOH-u. Bimetalne površine modifikovanihelektroda su pokazale bolju katalitičku aktivnost za reakcije oksidacije metanola ietanola u alkalnoj sredini...

In response to the energy needs of modern society and emerging ecologicalconcerns, scientific and technological researches have focused on the development ofclean, efficient power sources to diminish CO2 emission coming from combustion offuels and to avoid energy crisis. Consequently, development of novel, low-cost, andenvironment friendly energy conversion and storage systems has raised significantinterest. Among various energy conversion and storage systems, one of the mostencouraging is fuel cells using small organic molecules such as methanol and ethanolsince they convert chemical energy directly into electrical energy with high efficiencyand low pollutant emissions.Direct alcohol fuel cells (DAFCs) are an ideal fuel cell system for applicationsin electric vehicles and electronic portable devices due to their relatively quick start-upand low operating temperature. Despite extensive research, the wide commercial use ofDAFCs is hampered by their high cost, relatively low energy and power densities. Inorder to address these problems, researches are focused to better understanding of themechanism of electrochemical reactions taking place in fuel cells and development ofhighly active electrode catalysts to attain high efficiency of DAFCs, and subsequentlylowering the cost.In this study, bimetallic electrodes prepared by Pd, Rh and Ru nanoislandsspontaneously deposited on polycrystalline platinum, Pt(poly), and polycrystallinepalladium, Pd(poly), at submonolayer coverage were explored for methanol andethanol oxidation in alkaline media.Characterization of obtained Pd/Pt(poly), Rh/Pd(poly) and Ru/Pd(poly)nanostructures was performed ex situ by AFM imaging, spectroscopic ellipsometry andby X-ray photoelectron spectroscopy. In situ characterization of the obtained electrodesand subsequent methanol and ethanol oxidation measurements were performed bycyclic voltammetry in 0,1 M KOH. Bimetallic surfaces of modified electrodes exhibitedthe highest catalytic activity for methanol and ethanol oxidation in alkaline media...