Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การเตรียมและอิเล็กโทรแคทาลิติกแอกติวิตีสำหรับเอทานอลออกซิเดชันของเส้นใยนาโนเชิงประกอบแพลทินัม-ไทเทเนียมไดออกไซด์/กราฟีนเพื่อการประยุกต์ในเซลล์เชื้อเพลิงไดเรกต์เอทานอล

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Preparation and electrocatalytic activity for ethanol oxidation of Pt-TiO2/graphene composite nanofibers for direct ethanol fuel cell application

Year (A.D.)

2016

Document Type

Thesis

First Advisor

รจนา พรประเสริฐสุข

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

เทคโนโลยีเซรามิก

DOI

10.58837/CHULA.THE.2016.24

Abstract

งานวิจัยนี้ได้เตรียมเส้นใยนาโน Pt เส้นใยนาโนเชิงประกอบ Pt-TiO2 และ Pt-TiO2/กราฟีน โดยวิธีการปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้าสถิต จากผลการทดลองพบว่า สภาวะที่เหมาะสมในการเตรียม คือ (i) เส้นใยนาโน Pt: สารละลายตั้งต้น H2PtCl6•6H2O 38 mg/ml และพอลิไวนิลไพโรลิโดน 35 mg/ml ในตัวทำละลายผสมระหว่างน้ำและเอทานอลที่อัตราส่วน 0.25 โดยปริมาตร และปั่นเส้นใยที่ความต่างศักย์ 5 kV (ii) เส้นใยนาโนเชิงประกอบ Pt-TiO2 และ Pt-TiO2/กราฟีน: สารละลายตั้งต้นที่อัตราส่วนของไทเทเนียมเตตระไอโซโพรพอกไซด์ : เอทานอล : น้ำ : HPt0.5Cl3 เท่ากับ 1:1:1:0.3 โดยโมล และเพิ่มผงนาโนกราฟีน 2% โดยน้ำหนักสำหรับ Pt-TiO2/กราฟีน บ่มที่อุณหภูมิ 70oC เป็นเวลา 30 นาที และปั่นเส้นใยที่ความต่างศักย์ 19 kV จากนั้นเผาแคลไซน์เส้นใยทุกชนิดที่อุณหภูมิ 500 oC เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ในบรรยากาศปกติ และบรรยากาศไนโตรเจน (เฉพาะเส้นใยนาโนเชิงประกอบ Pt-TiO2/กราฟีน) ผลจากการวิเคราะห์อิเล็กโทรแคทาลิติกแอกติวิตีของเอทานอลออกซิเดชันพบว่าอิเล็กโทรดที่เตรียมจากเส้นใยนาโน Pt เคลือบด้วยเส้นใยนาโนเชิงประกอบ Pt-TiO2/กราฟีน 2% (ไนโตรเจน) มีประสิทธิภาพสูงกว่าเส้นใยนาโน Pt ที่เตรียมได้ในงานวิจัยนี้ เนื่องจากในเส้นใยนาโนเชิงประกอบ Pt-TiO2/กราฟีน 2% (ไนโตรเจน) ประกอบด้วยเฟสรูไทล์ร่วมกับอะนาเทสของ TiO2 ซึ่งสามารถช่วยลดการยึดเกาะของผลิตภัณฑ์พลอยได้และเพิ่มอัตราการเกิดเอทานอลออกซิเดชันและคาดว่าเส้นใยจะมีปริมาณกราฟีนคงเหลือสูงกว่าเส้นใยนาโนเชิงประกอบ Pt-TiO2/กราฟีน 2% (อากาศ) จึงอาจจะช่วยเพิ่มสภาพนำไฟฟ้าและการยึดเกาะของเอทานอลบนเส้นใย แต่เมื่อเปรียบเทียบกับอนุภาคนาโน Pt/C ทางการค้าพบว่าอิเล็กโทรดเส้นใยนาโน Pt เคลือบด้วยเส้นใยนาโนเชิงประกอบ Pt-TiO2/กราฟีน 2% (ไนโตรเจน) ยังคงมีประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาเอทานอลออกซิเดชันต่ำกว่า ซึ่งคาดว่าเกิดจากสภาพนำไฟฟ้าที่ยังคงค่อนข้างต่ำและมีพื้นที่ผิวในการเกิดปฏิกิริยาของเส้นใยนาโนที่ต่ำกว่าอนุภาคนาโน Pt/C ทางการค้า

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

In this study, Pt, Pt-TiO2 and Pt-TiO2/graphene composite nanofibers (NFs) were prepared by electrospinning technique. The optimum conditions for preparing NFs were summarized as followed: (i) for Pt NFs, the precursor solution, consisted of H2PtCl6•6H2O 38 mg/ml and polyvinyl pyrrolidone (Mw 1,300,000 g/mol) 35 mg/ml in the solvent mixture of deionized water and ethanol at the volume ratio of 0.25, was electrospun at the applied voltage of 5 kV, and (ii) for Pt-TiO2NFs and Pt-TiO2/graphene NFs, the precursor solutions, at the molar ratio of titanium isopropoxide: ethanol: water: HPt0.5Cl3 was 1:1:1:0.3 with the 2 wt% graphene nanopowder addition in Pt-TiO2/graphene NFs, were cured at 70oC for 30 min and electrospun at the applied voltage of 19 kV. All NFs were subsequently calcined at 500oC for 1 h in air and N2 (only for Pt-TiO2 /graphene NFs) atmospheres. The electrocatalytic activity results for ethanol oxidation showed that the electrode made of Pt NFs coated by Pt-TiO2/graphene 2% NFs (N2) (or Pt-Pt-TiO2/graphene 2% (N2) electrode) had the higher ethanol-oxidation electrocatalytic activity than the Pt-NF electrode. The rutile and anatase phases of TiO2 could in turn lower the by-product adsorption on Pt surfaces and improve the ethanol oxidation efficiency. Furthermore, the graphene in Pt-Pt-TiO2/graphene (N2) could enhance the conductivity and adsorption of ethanol. However, as compared to those of Pt nanoparticle/C (commercial), Pt-Pt-TiO2/graphene 2% (N2) still showed the lower ethanol oxidation activity due to the lower conductivity and surface area for the ethanol oxidation reaction than those of Pt/C.

Link to Full Text

Share

COinS