Aktivnost in stabilnost iridijevih katalizatorjev za oksidacijo vode

magistrsko delo

Anja Lončar (Avtor), Nejc Hodnik (Mentor), Mitja Kolar (Član komisije za zagovor), Boštjan Genorio (Član komisije za zagovor), Miran Gaberšček (Komentor)

Povzetek

Elektroliza s protonsko izmenjalno membrano (PEM elektroliza) predstavlja eno izmed najbolj obetavnih tehnologij v prehodu v bolj trajnostno družbo. Slabost tehnologije so velike izgube zaradi počasne kinetike reakcije razvoja kisika (OER), ki poteka na anodni strani elektrolizerja. Kot katalizatorji te reakcije se uporabljajo iridij in njegovi oksidi, saj predstavljajo najboljše razmerje med aktivnostjo in stabilnostjo. Glavni problem pa je, da so svetovne zaloge iridija izredno majhne in ga je zato potrebno optimalno izkoristiti. Pri razvoju novih elektro-katalitičnih materialov se za oceno teh dveh parametrov najpogosteje uporablja metoda rotirajoče disk elektrode (RDE). V magistrskem delu sem z meritvami komercialnega katalizatorja Ir Black ocenila vpliv treh parametrov na meritev aktivnosti, in sicer: nanosa katalizatorja, materiala elektrode ter aktivacijskega protokola. S to metodo sem nato izmerila aktivnost dvema vzorcema, Ir/TiONx/C in Ir/CuTiONx/C, pri katerih so iridijevi nanodelci nanešeni na elektronsko prevoden substrat z visoko površino (TiONx). Izmerjeni aktivnosti sta trikrat oz. celo šestkrat višji od aktivnosti Ir Black. Njuno stabilnost smo izmerili s sklopitvijo vrstične pretočne celice z masnim spektrometrom z induktivno sklopljeno plazmo (SFC-ICP-MS) in med elektrokemijsko meritvijo merili koncentracijo raztopljenega iridija v elektrolitu, iz česar smo nato izračunali razmerja med množino generiranega kisika in raztopljenega iridija (S-števila), ki predstavljajo merilo stabilnosti katalizatorjev. Stabilnost katalizatorja lahko na podlagi S-števil primerjamo z ostalimi iridijevimi materiali. Kljub višji aktivnosti vzorca Ir/CuTiONx/C pa sta izmerjeni stabilnosti obeh vzorcev enaki.

Ključne besede

elektroliza s protonski izmenjalno membrano;PEM elektroliza;reakcija razvoja kisika;OER;elektrokataliza;katalizatorji;iridij;aktivnost;stabilnost;magistrska dela;

Podatki

Jezik:	Slovenski jezik
Leto izida:	2020
Tipologija:	2.09 - Magistrsko delo
Organizacija:	UL FKKT - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
Založnik:	[A. Lončar]
UDK:	621.357:66.097(043.2)
COBISS:	36808195
Št. ogledov:	490
Št. prenosov:	139
Ocena:	0 (0 glasov)
Metapodatki:

Ostali podatki

Sekundarni jezik:	Angleški jezik
Sekundarni naslov:	Activity and stability of iridium catalysts for water oxidation
Sekundarni povzetek:	Proton exchange membrane (PEM) electrolysis is considered one of the most promising technologies in the transition to more sustainable society. One of the major drawbacks of the technology are high overpotential losses due to sluggish kinetics of the oxygen evolution reaction (OER) on the anode side of the electrolyzer. The state-of-the-art catalysts for the reaction are iridium and its oxides, as they display the best ratio between activity and stability. The main problem, however, is that the world's iridium reserves are extremely small and must therefore be used optimally. In the process of development of new electro-catalytic materials, rotating disc electrode (RDE) method is usually utilized to measure these two parameters. In this thesis I tested the influence of three parameters on the measured activity of the commercial catalyst Ir Black: the effect of catalyst loading, effect of the backing electrode material and the effect of activation protocol. With this method I then measured the activity of two synthesised materials, Ir/TiONx/C and Ir/CuTiONx/C where iridium nanoparticles are dispersed on conductive TiONx support with a large surface area. The measured activities are three or even six times higher than the activity of Ir Black. Their stability was tested using a scanning flow cell, coupled to an inductively coupled plasma mass spectrometer (SFC-ICP-MS) with which we were able to measure the concentration of dissolved iridium in the electrolyte during the electrochemical experiment. From the amount of dissolved iridium we calculated the ratio between moles of evolved oxygen and dissolved iridium (S-numbers), which represent the metric for catalyst stability. Based on the S-numbers, the stability of the catalyst can be compared to other iridium materials. Although Ir/CuTiONx/C is more active, stability of both samples is the same.
Sekundarne ključne besede:	PEM electrolysis;iridium;activity;stability;
Vrsta dela (COBISS):	Magistrsko delo/naloga
Študijski program:	1000375
Konec prepovedi (OpenAIRE):	1970-01-01
Komentar na gradivo:	Univ. v Ljubljani, Fak. za kemijo in kemijsko tehnologijo, smer Kemija
Strani:	63 str.
ID:	12057214