Development of metal-doping technique in octahedral platinum-nickel catalysts on carbon supports for oxygen reduction reaction in proton exchange membrane fuel cells

การพัฒนาเทคนิคการเจือโลหะในตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัม-นิกเกิลที่มีรูปทรงแปดหน้าบนตัวรองรับคาร์บอนสำหรับปฏิกิริยาออกซิเจนรีดักชันในเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน

Name: Laksamee Payattikul

ThaSH: Metal catalysts

ThaSH: Metal catalysts

ThaSH: Electrochemistry

Abstract: Octahedral Pt3Ni on carbon supports (Pt3Ni/C) are well-known to be excellent electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) due to their exceptional activity. Unfortunately, Pt-Ni octahedral nanoparticles have a low durability. As a result, this study will synthesize octahedral Pt3Ni/C electrocatalysts with enhanced catalytic activity and stability for the oxygen reduction reaction (ORR) by adding a third metal, M, such as Ga, Ag, Cu, Rh, Co, Fe, and Mo. The solid-state chemistry or gas phase synthesis catalyst method for doping a third metal to octahedral Pt3Ni has been developed using two different approaches, which are referred to as Co-impregnation (Pt3Ni-M) and Metal-doping (M-Pt3Ni). The particle shape and size distributions were almost identical with an average particle size of around 8-9 nm for both approaches. Furthermore, the electrochemical properties of ORR were tested using voltammetry technique, which revealed an increase in ORR catalytic activity and catalyst stability. As pristine sample, the Fe-Pt3Ni/C from Metal-doping exhibited the highest ORR catalytic activity. For accelerated durability test (ADT) of 16,000 voltage cycles, the Cu-Pt3Ni/C exhibited the most stable catalysts with the activity retention of 69.9%, which was 5.8 times more stable than the Pt3Ni/C catalyst (12.1%). In addition, when the same metal was used, it was discovered that the Metal-doping (M-Pt3Ni /C) approach provided superior ORR activity and stability than the Co-impregnation (Pt3Ni-M/C) technique.

Abstract: ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะแพลทินัม-นิกเกิลที่มีรูปทรงแปดหน้าบนตัวรองรับคาร์บอน (Octahedral Pt3Ni/C) ถือเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าเคมีที่มีประสิทธิภาพอย่างมากในการเร่งปฏิกิริยาออกซิเจนรีดักชัน (ORR) ที่เกิดขึ้นบริเวณขั้วไฟฟ้าด้านแคโทดของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน อย่างไรก็ตามตัวเร่งปฏิกิริยา Pt3Ni/C นี้มีเสถียรภาพไม่ดีนัก ด้วยเหตุผลดังกล่าว งานวิจัยนี้จึงได้ทำการปรับปรุงเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา Octahedral Pt3Ni/C ด้วยการเจือโลหะชนิดที่สาม (M) ได้แก่ Ga, Ag, Cu, Rh, Co, Fe, และ Mo ทั้งนี้ได้ทำการพัฒนาเทคนิคในการเจือโลหะไปยัง Pt3Ni โดยใช้วิธี Solid-state chemistry หรือวิธีการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาในสภาวะแก๊ส (gas phase synthesis) ซึ่งใช้สองแนวทางที่แตกต่างกัน ได้แก่ Co-impregnation (Pt3Ni-M) และ Metal-doping (M-Pt3Ni) โดยพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้จากทั้งสองแนวทางนี้มีรูปร่างและการกระจายตัวของอนุภาคใกล้เคียงกัน โดยมีขนาดอนุภาคเฉลี่ยประมาณ 8-9 นาโนเมตร และเมื่อนำตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้ไปทดสอบคุณสมบัติเชิงไฟฟ้าเคมีสำหรับปฏิกิริยาออกซิเจนรีดักชันด้วยเทคนิคโวลแทมเมทรี พบว่า มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาและเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น โดย Fe-Pt3Ni/C มีค่าความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาเริ่มต้นสูงที่สุด และเมื่อพิจารณาในแง่เสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่า Cu-Pt3Ni/C คงเหลือความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาสูงที่สุดถึง 69.9% หลังจากการทดสอบความทนทานของตัวเร่งปฏิกิริยา (ADT) 16,000 รอบ ซึ่งมีค่ามากกว่า Pt3Ni/C 5.8 เท่า (12.1%) นอกจากนี้เมื่อเปรียบเทียบวิธีการเจือโลหะชนิดที่สามทั้งสองแนวทางโดยใช้โลหะชนิดเดียวกัน พบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้จากวิธีการเจือโลหะแบบ Metal-doping (M-Pt3Ni/C) มีค่าความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาและเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้จากวิธี Co-impregnation (Pt3Ni-M/C)

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Konlayutt Punyawudho

Role: Advisor

Created: 2566

Modified: 2023-10-05

Issued: 2023-10-05

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Energy Engineering

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	610651004.pdf	6.51 MB

ใช้เวลา

0.031092 วินาที