کربن مزوحفره منظم مشتق شده از مایع یونی دارای نانوذرات فلزی: عملکرد الکتروکاتالیزوری برای واکنش احیای اکسیژن

الکترودهای بر پایه پلاتین از جمله مناسب ترین بسترها برای واکنش های الکتروشیمیایی هستند. مواد کاتدی بر پایه پلاتین بهترین فعالیت الکتروکاتالیزوری و کم ترین اضافه پتانسیل گزارش شده را برای احیای اکسیژن نشان دادند. با توجه به این که الکتروکاتالیزورهای بر پایه پلاتین دارای محدودیت قیمت بالای پلاتین هستند، تلاش های بسیاری هم برای کاهش هزینه این الکتروکاتالیزورها انجام شده است. برای دست یابی به این هدف تثبیت پلاتین روی مواد رسانای ارزان قیمت موفق ترین راه بوده است. یکی از جذاب ترین و موفق ترین بسترها کربن مزوحفره منظم بوده است و روش های متنوع زیادی برای الحاق پلاتین به درون چارچوب این نانوساختارهای کربنی ایجاد شده است. از میان آن ها کربن های نیتروژن دار به خاطر ماهیت الکترون دهندگی نیتروژن که حتی موجب بهبود عملکرد الکتروکاتالیزوری پلاتین برای احیای اکسیژن می گردد، توجه ویژه ای را به خود جلب کرده است. هدف از این پایان نامه مطالعه و بررسی عملکرد الکتروکاتالیزوری ساختار مزوحفره کربنی مشتق شده از مایع یونی و دارای نانوذرات پلاتین (pt@giomc) برای واکنش احیای اکسیژن و واکنش اکسایش الکل است. برای این منظور یک کربن مزوحفره منظم مشتق شده از مایع یونی نیتروژن دار 1- متیل-3- فنیل¬اتیل ایمیدازولیوم هیدروژن سولفات جدید و گوانین (giomc) به عنوان بستر پلاتین به کار گرفته شد. giomc ذکر شده به راحتی به وسیله کربونیزاسیون گوانین حل شده در یک مایع یونی 1- متیل-3- فنیل ایمیدازولیوم هیدروژن سولفات با استفاده از قالب گیری سخت با ساختار sba-15 به عنوان قالب ساخته شد. این فرایند مواد کربنی نیتروژن دار با سطح مقطع وسیع و توزیع اندازه حفرات یکنواختی نتیجه داد. نانوذرات پلاتین به وسیله آغشته سازی با هگزاکلروپلاتینات و احیای شیمیایی آن توسط سدیم بورهیدرید تثبیت شدند. مزوحفره های کربنی عامل دار شده با نانوذرات پلاتین به وسیله آنالیز تخلخل سنجی، تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) و آنالیز وزن سنجی حرارتی (tga) مشخص شدند. نتایج حاصل از این آنالیزها نشان داد که ساختار کاتالیزور منظم و مزوحفره بوده و پایداری خود را حفظ کرده و نیز توزیع یکنواخت نانوذرات پلاتین مشاهده گردید. سپس فعالیت الکتروکاتالیزوری ساختار مزوحفره کربنی پلاتین دار با استفاده از روش های ولتامتری چرخه ای و ولتامتری هیدرودینامیکی برای واکنش احیای اکسیژن و اکسایش الکل ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسی های ولتامتری نشان داد که ساختار مزوحفره کربنی پلاتین دار توانسته است واکنش احیای اکسیژن را به خوبی کاتالیز کند و نیز اضافه پتانسیل واکنش احیای اکسیژن را به طور چشمگیری کاهش دهد و به پتانسیل های مثبت جابجا کند. هم چنین فعالیت کاتالیزور در حضور متانول از پایداری قابل ملاحظه ای برخوردار بوده است. با اطلاعاتی که بر اساس نتایج ولتامتری به دست آمد تعداد الکترون انتقال یافته و ثابت سرعت ناهمگن واکنش احیای اکسیژن محاسبه گردید که فرایند انتقال الکترون 4 الکترونی برای واکنش احیای اکسیژن به دست آمد که محصول نهایی آن، آب است و هم چنین مقادیر ثابت سرعت ناهمگن انتقال الکترون برای ساختار موجود محاسبه شدند که نشان از سینتیک مناسب انتقال الکترون برای این ساختارها می باشند. بررسی الکتروشیمیایی واکنش اکسایش الکل ها نیز توسط این الکترود مزوحفره کربنی عامل دار شده با نانوذرات پلاتین بررسی شد که بر اساس نتایج این الکترود فعالیت الکتروکاتالیزوری مناسبی برای اکسایش متانول از خود نشان نداد. اما جریان و فعالیت مناسبی برای اکسایش بنزیل الکل در شرایط بازی ملایم در سطح این الکترود به دست آمد.