KFUPM ePrints

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF HIGHLY DISPERSED NICKEL-BASED CATALYSTS FOR ALKALINE DIRECT METHANOL FUEL CELLS

l SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF HIGHLY DISPERSED NICKEL-BASED CATALYSTS FOR ALKALINE DIRECT METHANOL FUEL CELLS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
18Mb

Arabic Abstract

الإسم : سليمان اولاكونل اولانريواجو العنوان : تصنيع وتحليل ل خلايا الوقود القاعدية المباشرة ً محفزات النيكل المتناثرة جيدا الدرجة: ماجستيرفي العلوم التخصص: الكيمياء 4102 تاريخ منح الدرجة: ديسمبر ملخص الرسالة تعتبر خلايا وقود الميثانول المباشرة من التقنيات الواعدة حيث يمكن استخدامها كمصدرعالي الكفاءة لتوليد الطاقة ويتميز هذا المصدر بقلة النواتج المنيعثة ويعتبر هذا المصدر صديقا للبيئة. وتعتمد هذه الخلايا على اكسدة الميثانول باستخدام البلاتين كقطب لعملية الاكسدةز وبالرغم من ان البلاتين يعتبر م ن أفضل ُ واحدا المحفزات المستخدمة في تفاعلات أكسدة الميثانول إلإ أنه وبغض النظر عن تكلفته العالية ووفرته المحدودة الا انه يكون عرضة للتسمم بغاز اول أوكسيد الكربون الناتج من تفاعلات أكسدة الميثانول. يهدف هذا البحث الى تطوير محفزات أنودية فاعلة وقليلة التكلفة ويمكن استخدامها في وسط قاعدييعمل على زيادة سرعة تفاعل أكسدة الميثانول. وتعتمد فكرة هذا البحث على دمج تركيبات مختلفة من معدن النيكل مع محفزات مشاركة من معادن النحاس والتنجستون والمولبدنوم ترتكز على دعامة مكونة من أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران. ويتم خلط ملح النيكل مع ملح من معدن آخر ويضاف الخليط قطرة قطرة إلى أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران. وتم الحصول على الظروف المثلى لتحضير هذا الحفاز بحيث لا يتم تكتل مكونة إما من النيكل والمعدن الأول أو من ُ تولد مواقع نشطة جدا ُ الجسيمات ,والتي بعد معالجتها حراريا النيكل والمعدنين و أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران والتي اثبتت فاعليتها في أكسدة الميثانول. ووجد بان المعالجة الحرارية تعتبر مهمة وذلك لضبط الخواص الفيزيوكيميائية لدعامة أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران لكي يتم توزيع الخواص الكهربائية لهذا النوع من الحفازات .ولقد تم تحضير ستة انواع من هذه الحفازات واثبتت فاعليتها في اكسدة الميثانول. ولقد تم توصيف هذه الحفازات بإستخدام التقنيات الكهروكيميائية ( مقياسية التيار والزمن والجهد الدوري ومقياسية الفولت الدوري ) وذلك لنشاطها تجاه تفاعلات أكسدة الميثانول, ومتانتاها وثباتها وكذلك بالتقنيات الطيفية لفحص تركيبها المورفولوجي ومكوناتها بإستخدام مجهر الإنتقال الإلكتروني, وحيود الأشعة السينية , وكشف الخرائط للعناصر , وكشف البلازما المقترنة المستحثة-مع مطيافية الكتلة , ومجهر المسح الإلكتروني الإنبعاث المجالي, و مطيافية الأشعة السينية متشتتة الطاقة.

English Abstract

Methanol oxidation reaction(MOR)is of great technological interest because of its potential application to direct methanol fuel cells(DMFCs),which show great potential as high-efficiency, low-emission future power source. Platinum is one of the best catalysts for methanol oxidation reaction (MOR), but apart from its high cost and limited abundance, it is generally recognized that pure Pt is prone to carbon oxide (CO) poisoning, which is an intermediate in the methanol oxidation reaction (MOR).However,the overall objective of the work is to develop potentially low cost and efficient platinum-free anode catalysts to at least overcome the issue of high cost of Pt as well as the use of alkaline medium to hasten the kinetics of methanol oxidation reaction. As far as development of Pt-free anode catalysts are concerned, the major contribution in this work focused on incorporating varying composition of Ni metal and co-catalyst metals (Cu,W, and Mo) on carbon support especially multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The approach is based on impregnation of a metal salt used as precursor with another metal salt and added drop wise to the functionalized MWCNTs slurry. The synthesis conditions were carefully tailored to reduce particle agglomeration, which after heat treatment generated highly active sites Ni-Mx or Ni-Mx-My/MWCNTs for methanol oxidation reaction. The heat treatment is important in order to tune the physicochemical properties of carbon support (MWCNTs) to form the said highly dispersed Ni-based electro-catalysts. The obtained electro-catalysts were characterized by using electrochemical techniques Chronoamperommetry (CA), potential cycling and Cyclic voltammetry (CV) for their activities towards MOR, durabilities, stabilities and also by spectroscopic techniques to investigate their morphological structures and compositions using TEM (Transmission Electron Microscopy), XRD (X -ray Diffraction technique),Elemental mapping, ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy), FE-SEM (High-end Field Emission Scanning Electron Microscopy), EDX (Energy-dispersive X- ray spectroscopy).



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Chemistry
Environmental
Seminars
Chemical Engineering
Earth Sciences
Research
Divisions:College Of Sciences > Chemistry Dept
Committee Advisor:Abulkibash, A. M
Committee Members:Al-Betar, A. F and Al-Ahmed, A
ID Code:139510
Deposited By:OLANREWAJU SULEIMAN OLAKUNLE (g201202660)
Deposited On:13 Apr 2015 11:19
Last Modified:13 Apr 2015 11:19

Repository Staff Only: item control page