Repository logo

Browsing by Author "Skompska, Magdalena"

  • Thumbnail Image
    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, Sławomir
    Ogniwa 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.