1-7-2- 2-پروپانول……………………………………………………………………………………………………………………………………… 15

 

1-7-2-1- پیل سوختی 2-پروپانولی مستقیم………………………………………………………………………………………………….. 15

 

1-7-3- پروپیلن­گلیکول………………………………………………………………………………………………………………………………… 16

 

1-7-3-1- پیل سوختی 1و2-پروپان­دی­ال مستقیم………………………………………………………………………………………….. 16

 

1-8- کاتالیست مورد استفاده در آند پیل­های سوختی……………………………………………………………………………………….. 17

 

1-8-1- بهبود کاتالیست پلاتین با استفاده از بسترهای مختلف………………………………………………………………………….. 18

 

1-8-1-1- کربن بلک……………………………………………………………………………………………………………………………………. 19

 

1-9- مطالعه اکسیداسیون الکل­ها روی الکتروکاتالیست­های بر پایه پلاتین………………………………………………………….. 20

 

1-9-1- سینیتیک واکنش اکسیداسیون متانول در DMFC…………………………………………………………………………………………………………………………. 21

 

1-9-2- مکانیسم اکسایش متانول…………………………………………………………………………………………………………………… 22

 

1-9-2- اکسیداسیون 2-پروپانول و پروپیلن­گلیکول روی الکتروکاتالیست­های برپایه پلاتین…………………………………. 23

 

1-10- اهداف پروژه……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 29

 

فصل دوم مبانی نظری

 

2-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 31

 

2-2- تکنیک­های مورد استفاده……………………………………………………………………………………………………………………….. 31

 

2-3- ولتامتری………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 32

 

2-3-1- ولتامتری با روبش خطی پتانسیل……………………………………………………………………………………………………….. 32

 

2-3-2- ولتامتری چرخه‏ای…………………………………………………………………………………………………………………………….. 32

 

2-3-3- عوامل موثر در واکنش­های الکترودی در حین ولتامتری چرخه­ای……………………………………………………………. 33

 

2-3-4- نحوه عمل در ولتامتری چرخه­ای………………………………………………………………………………………………………… 34

 

2-4- نمودارهای تافل…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 35

 

2-5- روش طیف­‏نگاری امپدانس الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………………………….. 36

 

2-6- مشخصه­یابی سطح الکترود…………………………………………………………………………………………………………………….. 48

 

2-6-1- SEM…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 38

 

2-6-2- EDS……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 39

 

فصل سوم: بخش تجربی

 

3-1- مواد شیمیایی……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 41

 

3-2- دستگاه‌های مورد استفاده……………………………………………………………………………………………………………………….. 41

 

3-3- الکترود­های به­کار گرفته شده در روش­های ولتامتری…………………………………………………………………………………. 44

 

3-4- تهیه کاتالیست پلاتین/کربن…………………………………………………………………………………………………………………… 44

 

3-5-تهیه جوهر کاتالیست………………………………………………………………………………………………………………………………. 44

 

3-6- آماده­سازی الکترود کربن­شیشه……………………………………………………………………………………………………………….. 45

 

فصل چهارم: بحث و نتیجه­گیری

 

4-1- کلیات………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 47

 

4-2- بررسی ریخت­شناسی و تجزیه عنصری…………………………………………………………………………………………………….. 47

 

4-3- ولتامتری چرخه­ایPt/C  در محلول قلیایی……………………………………………………………………………………………….. 49

 

4-4- بررسی فعالیت و پایداری کاتالیست  Pt/Cدر محلول بازی متانول………………………………………………………………. 51

 

4-4-1- بررسی ولتاموگرام چرخه­ای الکترود Pt/C/GC در محلول بازی متانول…………………………………………………… 51

 

4-4-2- بررسی منحنی­‌های EIS و کرونوآمپرومتری الکترود Pt/C/GC در اکسایش متانول………………………………….. 53

 

4-5- بررسی فعالیت و پایداری کاتالیست  Pt/Cدر محلول قلیایی 2-پروپانول…………………………………………………….. 56

 

4-5-1- بررسی ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود Pt/C در اکسیداسیون 2-پروپانول……………………………………………………. 56

 

4-5-2- بررسی منحنی­‌های نایکوئیست و کرونوآمپرومتری کاتالیست Pt/C در اکسایش 2-پروپانول……………………… 59

 

4-6- بررسی فعالیت و پایداری کاتالیست  Pt/Cدر اکسیداسیون 1و2-پروپان‌دی‌ال…………………………………………….. 60

 

4-6-1- ولتامتری چرخه‌ای الکترود Pt/C/GC در محلول قلیایی 1و2-پروپان‌دی‌ال…………………………………………….. 60

 

4-6-2-بررسی پایداری Pt/C اکسیداسیون 1و2-پروپان‌دی‌ال……………………………………………………………………………. 62

 

4-7- بررسی عملکرد کاتالیست پلاتین/کربن در اکسیداسیون سوخت‌های مختلف………………………………………………… 64

 

4-7-1- بررسی و مقایسه ولتاموگرام‌های چرخه‌ای الکترود Pt/C/GC در اکسیداسیون متانول، 2-پروپانول و 1و2-پروپان‌دی‌ال در محیط قلیایی      65

 

4-7-2- مقایسه و بررسی نمودارهای ولتامتری روبش خطی Pt/C در اکسیداسیون الکل­های مختلف……………………… 67

 

4-7-3-  مقایسه و بررسی نمودارهای تافل کاتالیست Pt/C  در اکسیداسیون الکل‌ها…………………………………………….. 68

 

4-7-4- بررسی نمودارهای کرونوآمپرومتری الکترود  Pt/C/GCدر اکسیداسیون الکل‌های مختلف…………………………. 69

 

4-7-5- مطالعات اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی الکترود  Pt/C/GCدر اکسیداسیون الکل‌های مختلف……… 72

 

4-8-نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 75

 

4-9-پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 76

 

 

4-10-منابع………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 77

 

چکیده انگلیسی

 

فهرست اشکال

 

عنوان                                                                                                                                                        صفحه

 

 

 

شکل1-1- مقایسه تبدیلات انرژی در فرایند تولید انرژی از سوخت‌های فسیلی با روند تولید انرژی در پیل‌های سوختی 3

 

شکل1-2- پیل سوختی اولیه ساخته شده توسط ویلیام گرو………………………………………………………………………………. 5

 

شکل1-3 منابع تأمین کننده هیدروژن و تقاضاهای استفاده از هیدروژن……………………………………………………………….. 6

 

شکل1-4- کاربردهایی از پیل سوختی در سیستم حمل و نقل دریایی، زمینی، وسایل پرتابل و مصارف نیروگاهی……. 6

 

شکل1-5- نحوه‌ی عملکرد پیل سوختی پلیمری……………………………………………………………………………………………….. 9

 

شکل-1-6- نحوه‌ی عملکرد پیل سوختی متانولی مستقیم………………………………………………………………………………….. 12

 

شکل1-7- مکانیسم اکسایش متانول و انواع حد­واسطهای تولیدی……………………………………………………………………….. 21

 

شکل1-8- مکانیسم اکسیدسیون اتیلن­گلیکول و گلیسرول روی الکتروکاتالیست­های فلزی…………………………………….. 24

 

شکل1-9- مکانیسم واکنش اکسیداسیون 2-پروپانول………………………………………………………………………………………… 25

 

شکل1-10- مکانیسم پیشنهادی برای اکسیدسیون 1،2-پروپان­دی­ال…………………………………………………………………. 28

 

شکل1-11- شکل شماتیک مکانیسم اکسیدسیون 1و2-پروپان­دی­ال در محیط قلیایی…………………………………………. 29

 

شکل2-1- مسیر کلی واکنش الکترودی……………………………………………………………………………………………………………. 34

 

شکل2-2- سیگنال تهییجی برای ولتامتری چرخه ای یک موج پتانسیلی با فرم مثلثی…………………………………………. 35

 

شکل2-3- تصویر شماتیک از نحوه­ی عملکردSEM …………………………………………………………………………………………… 39

 

شکل3-1- شمای کلی دستگاه اندازه گیری الکتروشیمیایی………………………………………………………………………………… 43

 

شکل3-2. شمای کلی تهیه جوهر کاتالیست Pt/C……………………………………………………………………………………………… 45

 

شکل3-3- ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود کربن شیشه‌ای در 20 میلی‌لیتر محلول یک  مولار متانول و  یک  مولار KOH در دمای اتاق با سرعت روبش 50 میلی ولت بر ثانیه…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 46

 

شکل4-1- طیف EDS از پلاتین/کربن. ضمیمه: داده­های تجزیه عنصری حاصل……………………………………………………. 48

 

شکل4-2- تصاویر SEM از سطح پلاتین/کربن  با بزرگ‌نمایی­های متفاوت…………………………………………………………… 50

 

شکل4-3- نمودار ولتامتری چرخه­ای الکترود Pt/C در محلولKOH  1 مولار با سرعت روبش 50 میلی ولت بر ثانیه.. 51

 

شکل4-4- ولتاموگرام چرخه­ای کاتالیست Pt/C در محلول 1 مولار متانول و 1 مولار KOH با سرعت روبش 50 میلی­ولت بر ثانیه           53

 

شکل4-5- مکانیسم کلی اکسایش متانول توسط کاتالیست Pt/C…………………………………………………………………………….. 54

 

شکل4-6- نمودار نایکویست الکترود  Pt/C/GCدر محلول 1 مولار متانول و 1 مولار KOH در پتانسیل 4/0- ولت قبل و بعد از گرفتن CV بعد از 100 چرخه با دامنه پتانسیل 10 میلی­ولت………………………………………………………………………………………………………………. 55

 

شکل4-7- نمودار کرونوآمپرومتری الکترود Pt/C/GC در محلول 1 مولار متانول و 1 مولار KOH ………………………….. 56

 

شکل4-8- ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود Pt/C/GC در محلول 1 مولار 2-پروپانول و 1 مولار KOH با سرعت روبش 50 میلی‌‌ولت بر ثانیه    57

 

شکل4-9- ولتاموگرام‌های چرخه­ای کاتالیست Pt/C در محلول 1 مولار 2-پروپانول و 1 مولار KOH با سرعت روبش 50 میلی ولت بر ثانیه در 100 چرخه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 59

 

شکل4-10- منحنی‌های نایکوئیست اکسیداسیون 2-پروپانول روی الکترود  Pt/C/GCقبل و بعد از گرفتن CV بعد از 100 چرخه            60

 

شکل4-11- نمودار کرونوآمپرومتری الکترود Pt/C/GC در محلول 1 مولار 2-پروپانول و 1 مولار KOH در پتانسیل 0.4- ولت    64

 

شکل4-12- منحنی ولتاموگرام چرخه‌ای الکترود Pt/C/GC در الکترواکسیداسیون 1و2-پروپان‌دی‌ال با سرعت روبش 50 میلی‌ولت بر ثانیه در محلول یک مولار 1و2-پروپان‌دی‌ال و یک مولار KOH……………………………………………………………………………………………………….. 62

 

شکل4-13- ولتاموگرام چرخه­ای الکترود Pt/C/GC در محلول 1 مولار 1و2-پروپان‌دی‌ال و 1 مولار KOH با سرعت روبش 50 میلی­ولت بر ثانیه در 100 چرخه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 64

 

شکل4-14 منحنی­های نایکوئیست اکسیداسیون 1و2-پروپان‌دی‌ال در پتانسیل 0.4- ولت  قبل و بعد از گرفتن CV 65

 

شکل4-15- منحنی­های کرونوآمپرومتری الکترود Pt/C/GC در اکسیداسیون قلیایی 1و2-پروپان‌دی‌ال در پتانسیل 0.4- ولت     65

 

شکل4-16- ولتاموگرام‌های چرخه‌ای مربوط به اکسیداسیون الکلها روی Pt/C در محلول 1مولار الکل و 1مولار KOH با سرعت روبش 50 میلی ولت بر ثانیه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 67

 

شکل4-17- الف. مقایسه بین پتانسیل آغازی و ب. دانسیته جریان اکسیداسیون الکل­های مختلف روی الکترود Pt/C/GC        67

 

شکل4-18- منحنی‌های ولتامتری روبش خطی کاتالیست Pt/C در محلول یک مولار الکل و 1 مولار KOH در دمای اتاق با سرعت روبش یک میلی ولت بر ثانیه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 69

 

شکل4-19- منحنی تافل برای محاسبه مقدار ضریب انتقال () مربوط به روبش رفت اکسیداسیون متانول، 2-پروپانول و 1و2-پروپان‌دی‌ال با سرعت روبش 1 میلی ولت بر ثانیه……………………………………………………………………………………………………………………………… 70

 

شکل4-20- بررسی نمودار کرونوآمپرومتری کاتالیست  Pt/C در اکسیداسیون الکل 1 مولار و KOH 1 مولار در  پتانسیل 0.4- ولت         71

 

شکل4-21- نمودار جریان بر حسب t-^1/2 برای به‌دست آوردن ضریب نفوذ در اکسیداسیون الکل 1 مولار و KOH 1 مولار          73

 

شکل 4-22- نمودار امپدانس الکتروشیمیایی الکترود Pt/C/GC در اکسیداسیون الکل‌های مختلف قبل و بعد از گرفتن CV در 100 چرخه در پتانسیل 0.4- ولت……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 75

 

شکل 4-23- مدار معادل با دیاگرام‌های نایکوئیست…………………………………………………………………………………………… 76

 

 

 

فهرست جداول

 

عنوان                                                                                                                                   صفحه

 

جدول1-1- معایب و مزایای سوخت­های مورد استفاده در پیل­های سوختی………………………………………………… 17

 

جدول3-1- مشخصات مواد شیمیایی………………………………………………………………………………………………………. 41

 

جدول4-1- مقایسه پارامترهای الکتروشیمیایی در اکسیداسیون بازی الکل 1 مولار + KOH 1 مولار روی کاتالیست Pt/C    68

 

جدول 4-2- شیب‌های تافل و ضرایب انتقال الکترون به دست آمده از فعالیت الکتروکاتالیست Pt/C در محلول‌های مختلف            70

 

جدول 4-3- دانسیته جریان نهایی (jf) و اولیه (ji) حاصل از اکسایش الکل‌های متانول، 2-پروپانول و 1و2-پروپان‌دی‌ال توسط Pt/C و نسبت ji/jf……………………………………………………………………………………………………………………. 72

 

 

 

 

 

فهرست علائم و اختصارات

 

 

 

معادل فارسی                                          معادل انگلیسی                                   علائم و اختصارت

 

 

 

M                                    Molar                                                    مولار