Browsing by Author "Kityk, Iwan"
Results Per Page
Sort Options
Item PtRhNi/SnO2 3D catalyst for electrochemical oxidation of ethanol: synthesis and physicochemical characterization(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2019) Gruzeł, Grzegorz; Parlińska-Wojtan, Magdalena; Kityk, Iwan; Skompska, Magdalena; Kret, SławomirOgniwa paliwowe zasilane etanolem (DEFC) są wydajnym i przyjaznym środowisku źródłem energii elektrycznej. Niestety, katalizatory anodowe stosowane w DEFC nie są wystarczająco wydajne, zamiast głównego produktu utleniania etanolu, jakim jest CO2, wytwarzają głównie produkty uboczne. W niniejszej pracy, przedstawiono nowe, oparte na strukturze tzw. nanoramek, katalizatory do utleniania etanolu. Głównym celem badań było zbadanie procesów fizycznych prowadzących do wytworzenia pustych, bazujących na nanoramkach katalizatorów PtNi i PtRhNi. Najpierw zbadano termodynamikę i kinetykę wzrostu litych nanocząstek PtNi3 i PtRhNi, które stanowiły prekursory dla nanoramek. Na podstawie obserwacji mikroskopowych stwierdzono, że podczas wzrostu nanocząstek następuje dyfuzja atomów Pt lub Pt i Rh z rdzenia nanocząstek do ich krawędzi, co skutkuje powstaniem nanocząstek PtNi3 i PtRhNi z segregacją faz. W celu zrozumienia tego procesu wykonano obliczenia DFT, które potwierdziły że układ z atomami Pt i Rh na powierzchni jest korzystniejszy energetycznie niż układ z tymi atomami pod powierzchnią. Następnie, zastosowano dwa podejścia w celu otrzymania katalizatorów bazujących na nanoramkach. W pierwszym podejściu otrzymano puste nanoramki z litych nanocząstek PtNi3 i PtRhNi poprzez wytrawienie niklu z ich rdzenia. Proces trawienia został opisany termodynamicznie poprzez obliczenie energii kohezji dla układu zawierającego wyłącznie atomy Ni i układu zawierającego stop PtRhNi. Zgodnie z obliczeniami, niższa energia jest potrzebna do usunięcia atomu Ni z rdzenia niklowego litej nanocząstki PtRhNi, niż z krawędzi składającej się ze stopu PtRhNi, co jest zgodne z obserwacjami mikroskopowymi. Następnie, w oparciu o przeciwne potencjały zeta i oddziaływania elektrostatyczne, dokonano połączenia nanoramek PtNi i PtRhNi z nanocząstakmi SnO2. Drugie podejście polegało na otrzymaniu katalizatorów opartych na nanoramkach za pomocą reakcji wymiany galwanicznej (GRR). Podczas tego procesu atomy niklu z litych nanocząstek PtNi3 i PtRhNi zostały usunięte, z równoczesną depozycją atomów Sn pochodzących z SnCl4 na otrzymanych nanoramkach. Eksperymentalnie dowiedziono, że reakcja wymiany galwanicznej zachodzi z udziałem dwóch procesów. W pierwszym dochodzi do równoczesnego usunięcia niklu i depozycji cyny, natomiast w drugim najpierw zachodzi usunięcie atomów niklu, a dopiero potem następuje depozycja cyny. Wszystkie otrzymane nanokatalizatory bazujące na nanoramkach zostały przetestowane w reakcji utleniania etanolu, wykazując kilkukrotnie większą wydajność niż komercyjnie stosowane nanocząstki Pt.Item Trójskładnikowy katalizator Pt/Re/SnO2/C do elektrochemicznego utleniania etanolu: synteza i charakteryzacja fizykochemiczna(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2019) Drzymała, Elżbieta; Parlińska-Wojtan, Magdalena; Depciuch, Joanna; Kityk, Iwan; Pawlyta, Mirosława; Fedotova, JuliaJednym z najbardziej wymagających zadań, przed którymi stoi współczesna fizyka i chemia jest poszukiwanie i tworzenie nowych, wydajnych, przyjaznych dla środowiska technologii wytwarzania energii elektrycznej. Interesującą i bardzo popularną alternatywą źródeł energii stają się ogniwa paliwowe zasilane etanolem. Niestety, stosowane w nich katalizatory anodowe nie są wystarczająco wydajne i zamiast pożądanego produktu utleniania etanolu, jakim jest CO2, wytwarzają głównie produkty uboczne. W niniejszej rozprawie przedstawiono nowy katalizator do utleniania etanolu Pt/Re/SnO2/C. W celu jego otrzymania przeprowadzono szereg badań, w wyniku których zoptymalizowano procedury otrzymywania budujących go składników - nanocząstek Pt, Re oraz SnO2. Następnie wykorzystując oddziaływania międzycząsteczkowe i pomiary potencjału elektrokinetycznego utworzono podwójne (Pt/SnO2, Re/SnO2) oraz potrójne kombinacje nanocząstek(Pt/Re/SnO2). Nowością w przedłożonej pracy było zaproponowanie mechanizmu łączenia nanocząstek wchodzących w skład potencjalnego katalizatora w oparciu o przeciwne wartości potencjałów zeta. Oddziaływania elektrostatyczne między nanocząstkami doprowadziły do pomyślnego otrzymania kombinacji Pt/SnO2, Re/SnO2 oraz Pt/Re/SnO2, co pozwoliło na zapewnienie fizycznego kontaktu pomiędzy poszczególnymi składnikami, istotnego w przebiegu reakcji utleniania etanolu (EOR). W kolejnym etapie zdefiniowano właściwości fizykochemiczne i dyspersyjno-morfologiczne wytworzonych nanocząstek oraz ich dwu i trójskładnikowych kombinacji, co umożliwiło wykazanie fizycznego charakteru oddziaływań pomiędzy nimi. Analiza właściwości morfologicznych i strukturalnych została oparta na połączeniu transmisyjnej mikroskopii elektronowej (HR-STEM, HAADF STEM, SAED) z dyfrakcją rentgenowską (XRD). Dodatkowo w celu określenia składu pierwiastkowego i potwierdzenia połączeń pomiędzy wybranymi kombinacjami nanocząstek wykorzystana została spektroskopia rozpraszania energii promieniowania rentgenowskiego (EDS). Analiza została również uzupełniona o pomiary dynamicznego rozpraszania światła (DLS), spektroskopię fotoelektronów wzbudzonych promieniowaniem X (XPS) oraz fourierowską spektroskopię oscylacyjną w podczerwieni (FTIR). Do przygotowania katalizatorów na nośniku węglowym z jednakową zawartością platyny posłużyła spektroskopia mas ICP-MS. Ostatecznie wszystkie otrzymane nanokatalizatory zostały przetestowane pod kątem aplikacyjności w reakcji utleniania etanolu przy wykorzystaniu technik cyklicznej woltamperometrii, wykazując kilkukrotnie większą wydajność w porównaniu z komercyjnie dostępnym katalizatorem platynowym.
