۱۹۷۲۴پ
per
اصلاح نانوساختارهای هیبرید کربنی با برخی از اکسیدهای فلزی به عنوان کاتد جهت بهبود عملکرد پیل سوختی میکروبی
Modification of hybrid carbonic nanostructures with some metal oxides as cathode for improving performance of microbial fuel cell
/فاطمه شهبازی فراهانی
: شیمی
، ۱۳۹۷
۱۴۱ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
شیمی گرایش الکتروشیمی
۱۳۹۷/۰۶/۲۰
تبریز
هیبرید منگنز اکسید (MnO۲) با فازهای و با کربن ولکان) - MnO۲/C)و کربن ولکان نیتروژن دوپ) - (MnO۲/C(N)به روش هیدروترمال سنتز شدند .همچنین هیبرید MnOx با کربن ولکان نیتروژن دوپSP) - (C(N)/MnOxو اکسید گرافن کاهش یافته نیتروژن دوپSP) - (rGO(N)/MnOxبه روش فاز جامد تهیه و سنتز شدند .در آخر هیبرید دوتایی اکسید دوفلزی FeMnO۳ و کربن ولکان (C/FeMnO۳) و گرافن اکسید (GO/FeMnO۳) به روش شیمیایی تهیه گردیدند .بعد از بررسی خواص الکتروکاتالیستی این کاتالیست‌های تهیه شده نسبت به واکنش احیای اکسیژن بر روی پارچ کربنی پوشش داده شدند و به عنوان کاتد در پیل سوختی میکروبی تک‌محفظه‌ای مورد استفاده قرار گرفتند .خواص ریزساختاری کاتالیست‌ها توسط آنالیزهای پراش پرتو ایکس(XRD) ، طیف‌سنجی رامان(Raman) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) تعیین شد .برای هم هیبریدها جهت بررسی خواص الکتروکاتالیستی ORR در سیستم سه الکترودی از تست‌های ولتامتری چرخه‌ای(CV) ، ولتامتری هیدرودینامیکی (LSV) با الکترود چرخان(RDE) ، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) با الکترود چرخان (RDE) انجام گرفت و پارامترهای الکتروشیمیایی و سینتیکی مانند پتانسیل و چگالی جریان پیک احیای اکسیژن ، چگالی جریان سینتیکی(JK) ، تعداد الکترود، مقاومت انتقال بار (Rct)و خازن لای دوگان الکتریکی (CDL)بدست آمدند .پس از بدست آوردن شرایط بهین الکترود به عنوان کاتد، اثرات این کاتالیست‌ها را بر عملکرد پیل سوختی میکروبی تک محفظه‌ای نظیر تولید توان، ولتاژ و همچنین پایداری آن‌ها در طول مدت ۴۵۰ ساعت عملکرد بدون وقفه مورد بررسی قرار گرفت .توان‌های تولیدشده توسط کاتالیست‌های -MnO۲، -MnO۲/C، -MnO۲/C(N)،SP- C(N)/MnOx،C/FeMnO۳ ، GO/FeMnO۳ و Pt/C به ترتیب برابر۱۱۱ ،۱۸۰ ،۵۲۴ ،۴۶۷ ،۴۶۰ ، ۱۶۶ و۴۴۶ mW m - ۲به‌دست آمد .علاوه‌بر این، در نهایت پروتکلی مبنی بر چگونگی مقاومت و پایداری کاتالیست‌ها در برابر تغییرات شدید دمایی در شرایط شبه‌واقعی عملکرد پیل سوختی میکروبی شبیه‌سازی و مورد بررسی قرار گرفت .برای هر کاتالیست که به طور کلی عملکرد خوبی را در پیل سوختی میکروبی از خود نشان داد نیز هزین تهیه در ابعاد آزمایشگاهی تخمین زده شد
Mn manganese oxide (MnO2) hybrids were synthesized by hydrothermal method with and phases with carbon-vulcan (-MnO2/C) and carbon Vulcan nitrogen dopes (-MnO2/C(N)). Also, MnOx hybrids were synthesized with nitrogen doped carbon Vulcan (C(N)/MnOx-SP) and reduced nitrogen-doped graphene oxide (rGO(N)/MnOx-SP) by solid phase method. In the end, hybrid bimetallic oxide FeMnO3 and carbon Vulcan (C/FeMnO3) and graphene oxide (GO/FeMnO3) were obtained by chemical method. After examining the electrocatalytic properties of these catalysts in ORR, they were coated on carbon clothes were used as cathodes in a single-member microbial fuel cell. The microstructural properties of the catalysts were determined by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, field scanning electron microscopy (FESEM) and X-ray photoelectron spectrometry (XPS). For all hybrids, in order to investigating the electrocatalytic properties of ORR in a three-electrode system, we performed cyclic voltammetric (CV), linear sweep voltammetry (LSV) with rotating disc electrodes (RDE), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) with rotating disc electrode (RDE) tests and the electrochemical and kinetic parameters such as potential and current density of the oxygen reduction peak, the kinetic current density (JK), the number of electrons, charge transfer resistance (Rct), and the electrical double-layer capacitance (CDL) were obtained. After obtaining optimal electrode conditions as a cathode, the effects of these catalysts on the performance of single-chamber microbial fuel cells, such as power generation, voltage, as well as their stability during 450 hours of continuous operation, were investigated. The maximum power density of 111, 180, 524, 467, 460, 166 and 446 were obtained for -MnO2, -MnO2/C, -MnO2/C(N), C(N)/MnOx-SP, C/FeMnO3, GO/FeMnO3 and Pt/C, respectively. To assess catalyst stability under simulated MFC operating conditions, we developed an ad hoc experimental protocol to evaluate temperature-cycling and poisoning endurance of catalysts. For each catalyst that generally showed good performance in a microbial fuel cell, the cost of preparation was estimated in laboratory scale
Modification of hybrid carbonic nanostructures with some metal oxides as cathode for improving performance of microbial fuel cell
شهبازی فراهانی، فاطمه
Shahbazi Farahani, Fatemeh
مجیدی، میررضا، استاد راهنما
احدزاده، ایرج، استاد راهنما
حسینی، ممیرقاسم، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
