Węgiel szklisty

Wykorzystanie heteropolianionów oraz tlenków wolframu i molibdenu do aktywacji Wykorzystanie heteropolianionów oraz tlenków wolframu i molibdenu do aktywacji katalizatorów platynowych w procesie elektroredukcji tlenukatalizatorów platynowych w procesie elektroredukcji tlenu

Pracownia Elektroanalizy Chemicznej

Anna SzamborskaAnna Szamborska

Promotor: prof. dr hab. Paweł J. Kulesza Opiekun: mgr Aneta Kolary - Żurowska

Badane pod względem molekularnym cząsteczki heteropolianionów, zastosowane jako stabilizatory dla nanocząstek platyny, okazały się być przydatnymi do przygotowywania układów wielowarstwowych na bazie metody nakładania warstwy na warstwę ( layer-by-layer).

Modyfikacja nanocząstek platyny przy użyciu heteropolikwasów powoduje aktywację katalizatora poprzez zwiększenie powierzchni aktywnej, zmniejszając ilość zużywanego metalu, a dobór odpowiedniego łącznika zapewnia szybki i odwracalny transport ładunku.

Celem pracy było zoptymalizowanie procesu tworzenia układu wielowarstwowego przy zastosowaniu heteropolianionu fosfododekamolibdenowego (PMo12) i nieorganicznego łącznika, tlenku wolframu (WO3). Podjęto również próbę użycia tlenku wolframu jako łącznika

przy tworzeniu

układu wielowarstwowego nanocząstek stabilizowanych polianionem PMo12. Ponadto, skupiono się na możliwości wykorzystania mieszaniny PMo12 i WO3 do aktywacji centrów katalitycznych platyny na nośniku węglowym oraz na zastosowaniu owej mieszaniny do

aktywacji katalizatorów dwufunkcyjnych na bazie RuSex.

HETEROPOLIKWAS PMo12 ORAZ TLENEK WO3 - ELEMENTY UKŁADÓW

KOMPOZYTOWYCH nPMo12/(n-1)WO3

Monowarstwa heteropolikwasu

fosfododekamolibdenowego H3PMo12O40 (PMo12)

zaadsorbowana na elektrodzie

z węgla szklistego

34012

34012 OMoPMoHnHneOPMo VI

nVnn

VIn = 2, 4,

6Procedura otrzymywania układu

metodą layer-by-layer (nakładania warstwy na warstwę)

Wpływ starzenia się roztworu koloidalnego WO3 na

efektywność tworzenia wielowarstwy

CHARAKTERYSTYKA UKŁADU NANOCZĄSTEK Pt

STABILIZOWANYCH HETEROPOLIKWASEM PMo12

Monowarstwa Pt-PMo12 zaadsorbowana na elektrodzie z

węgla szklistego

nPt

nPt-PMo12

-0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5-1,00

-0,75

-0,50

-0,25

0,00

0,25

0,50

Pt-PMo12

3Pt-PMo12/2WO

3

2 Pt-PMo12/WO3

nPt-PMo12/(n-1)WO3, gdzie n = 1, 2, 3

WPŁYW MIESZANINY PMo12 I WO3 NA ULEPSZENIE WŁAŚCIWOŚCI

KATALITYCZNYCH Pt/C ORAZ RuSeX WOBEC REAKCJI REDUKCJI TLENU

Elektrokatalityczna redukcja O2 dla układów Pt/C oraz Pt/C + PMo12 +

WO3

Zdjęcia otrzymane za pomocą trasmisyjnego

mikroskopu elektronowego

Elektrokatalityczna redukcja O2 dla układów RuSex/C oraz RuSex/C + PMo12 +

WO3

Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono możliwość zastosowania tlenku wolframu w

roli łącznika nieorganicznego do budowania układów wielowarstwowych heteropolianionów oraz

nanocząstek Pt stabilizowanych heteropolianionami. Takie układy, w porównaniu z czystą Pt,

wykazują zwiększoną aktywnością elektrokatalityczną wobec reakcji redukcji tlenu.

Badania prowadzone były w warunkach: elektrolit 0,5 mol/dm3 H2SO4; elektroda pracująca z węgla szklistego; szybkość zmian potencjału w czasie υ = 50 mV/s, kataliza υ = 10 mV/s

Wpływ czasu trzymania elektrody GC w roztworze

koloidalnym WO3 na efektywność tworzenia

wielowarstwy

OPTYMALIZACJA WARUNKÓW OTRZYMYWANIA UKŁADU WIELOWARSTWOWEGO nPMo12/(n-1)WO3

SCHEMAT OTRZYMYWANIA UKŁADU nPMo12/(n-1)WO3

CHARAKTERYSTYKA WOLTAMPEROMETRYCZNA UKŁADU PMo12/WO3/PMo12

ELEKTROKATALITYCZNA REDUKCJA H2O2

DLA MONOWARSTWY PMo12 ORAZ UKŁADU PMo12/WO3/PMo12

UKŁADY: PMOUKŁADY: PMO1212, WO, WO33, nPMo, nPMo1212/(n-1)WO/(n-1)WO33

UKŁADY: Pt-PMoUKŁADY: Pt-PMo1212, nPt-PMo, nPt-PMo1212/(n-1)WO/(n-1)WO33 UKŁADY: Pt/C, Pt/C+PMoUKŁADY: Pt/C, Pt/C+PMo1212+WO+WO33, RuSe, RuSexx/C, RuSe/C, RuSexx/C+PMo/C+PMo1212+WO+WO33

Charakterystyka woltamperometryczna

tlenku WO3 zaadsorbowana na elektrodzie z węgla szklistego

Węgiel szklisty

SCHEMAT OTRZYMYWANIA UKŁADU nPt-PMo12/(n-

1)WO3

Procedura otrzymywania układu z nanocząstkami Pt

metodą layer-by-layer (nakładania warstwy na warstwę)

CHARAKTERYSTYKA WOLTAMPEROMETRYCZNA UKŁADU 3Pt-PMo12/2WO3

ELEKTROKATALITYCZNA REDUKCJA O2 DLA UKŁADU

nPt-PMo12/(n-1)WO3

Węgiel szklisty

Pt Pt Pt

Węgiel szklisty

Węgiel szklisty

WIELOWARSTWA: PMo12/WO3/PMo12 PMo12

WO3

Węgiel szklisty

Pt-PMo12

WO3

Pt lub RuSex

Mieszanina WO3 i PMo12

C

Zastosowany heteropolikwas oraz tlenek wolframu aktywuje redukcję

nadtlenku wodoru, poprawiając tym

samym efektywność działania katalizatora platynowego.

Wstępne badania układów Pt/C oraz RuSex/C modyfikowanych mieszaniną PMo12 i WO3, wskazują na poprawę

ich właściwości katalitycznych względem redukcji tlenu. Obserwujemy przesuniecie potencjałów w kierunku bardziej dodatnich wartości, co z perspektywy możliwości ich zastosowania jako materiał na katodę w ogniwie

paliwowym jest istotnym czynnikiem.