KFUPM ePrints

Synthesis and Characterization of Nitrogen doped Carbon electrocatalysts for fuel Cells and Air batteries energy conversion systems

l Synthesis and Characterization of Nitrogen doped Carbon electrocatalysts for fuel Cells and Air batteries energy conversion systems. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
3745Kb

Arabic Abstract

تطور الأكسجين وتفاعل اختزال الأوكسجين هي الخطوات الحاسمة في مجموعة متنوعة من حصاد الطاقة وأنظمة التحويل (مثل خلايا الوقود والبطاريات الهواء).حاليا، المواد البلاتينية هي المحفزات الكاثود الأكثر ملاءمة لتفاعل اختزال الأكسجين في خلايا الوقود. ولكن فقدان قوة التحمل على المدى الطويل نتيجة لتآكل دعامة الكربون وانحلال البلاتينيوم فضلا عن تكلفتها العالية والتوافر المحدود، جعلت مواد البلاتينيوم ليست مناسبة للتطوير على نطاق واسع لخلايا الوقود والبطاريات الجوية، في خاصة. ولذلك، فإن الهدف العام من العمل هو تطوير كفاءة المحفزات المحتملة الكاثود خالية من البلاتين على الأقل الالتفاف على مسألة ارتفاع تكلفة البلاتينيوم وبطء حركة رد الفعل اختزال الأوكسجين. حتى الآن تطوير المواد الحفازة للقطب السالب الخالية من البلاتينيوم في محل اهتمام، ومساهمة كبيرة في التركيز على إدماج مصدرا غنيا بالنيتروجين (بولي آنلين) على دعامات الكربون المختلفة ويستند هذا النهج على البلمرة لاملاح الأنيلين الصلبة على دعامة الكربون باستخدام نظام تحفيزي مجتمع من Fe3+-/H2O2. شروط التركيب كانت مصممة بعناية مع مساعدة من الأكسدة الثنائية للحصول على PANI البوليمر على دعامات الكربون الذي بعد المعالجة الحرارية ولدت مواقع نشطة للغاية لتفاعل اختزال الأكسجين. المعالجة الحرارية ضرورية لضبط الخصائص الفيزيائية لدعامة الكربون لتشكيل الكربون المرصع بالنيتروجين المحفز الكهربائي وتميزت المحفزات التي تم الحصول عليها باستخدام الطبقة الرقيقة ذات القطب المتناوب RDE، اختبار Chronoamperommetry لنشاطها نحو تفاعل اختزال الأوكسجين والميثانول واستقرارها وأيضا من خلال تقنيات التحليل الطيفي للتحقيق في البنية الشكلية، ومكوناتها باستخدام XPS (الأشعة السينية الضوئية الطيفية), TEM المجهر الالكتروني الانتقالي , XRD تقنية حيود الأشعة السينية, FESEM المجهر الالكتروني , EDX الطاقة و تشتت طيق الاشعة, و BET وقياس المساحة

English Abstract

Oxygen evolution and Oxygen reduction reactions (ORR) are critical steps in a variety of energy harvesting and transformation systems (such as fuel cells and air batteries). Currently, Platinum (Pt) based materials are the most convenient cathode catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells. But the loss of long term durability as a result of corrosion of the carbon support and Pt dissolution as well as its high cost and limited availability, make Pt-based materials not suitable for the large-scale development of fuel cells and air batteries, in particular. Therefore, the overall objective of the work is to develop potentially efficient platinum-free cathode catalysts to at least circumvent the issue of high cost of Pt and its slow kinetics of the oxygen reduction reaction. So far as development of Pt-free cathode catalysts are concerned, the major contribution in this work focused on incorporating of a Nitrogen rich source (Polyaniline) on different carbon supports {ketjenblack EC-300 (KB), Vulcan XC-72R (Vulcan), CNT and Acetylene black (ACB)}. The approach is based on polymerization of solid aniline salt on a carbon support using combined Fe3+-/H2O2 catalytic system. The synthesis conditions were carefully tailored with the help of the duo oxidants to obtain PANI polymer on carbon supports which after heat treatment generated highly active sites Fe-N-C for oxygen reduction reaction. Heat treatment is necessary to tune the physicochemical properties of carbon support to form the said Nitrogen doped Carbon electrocatalysts. The obtained catalysts were characterized by using a thin film rotating disk electrode (RDE), Chronoamperommetry test (CA) for its activity towards ORR, methanol tolerance, stability and also by spectroscopy techniques to investigate their morphological structures and composition using XPS (X-ray Photoelectron spectroscopy), TEM ( Transmission electron microscopy), XRD (X-ray diffraction technique), Raman spectroscopy, FESEM (High-end Field Emission Scanning electron microscopy), EDX (Energy –dispersive X-ray spectroscopy) and BET area measurement.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Chemistry
Divisions:College Of Sciences > Chemistry Dept
Committee Advisor:Merzougui, Belabbes
Committee Members:Mazen, Mohammad Khaled and Abdel-Nasser, Metwally Aly Kawde
ID Code:139040
Deposited By:BUKOLA SAHEED ABIDEMI (g201106170)
Deposited On:24 Feb 2014 10:57
Last Modified:24 Feb 2014 10:57

Repository Staff Only: item control page