پژوهشگران دانشگاه صنعتي شريف با انجام محاسبات نظري، موفق به انتخاب نانوفلزاتي شدند که فعاليت بيشتري براي کاهش اکسيژن در عملکرد پيل سوختي از خود نشان مي‌دهند.

به گزارش سرويس پايان‌نامه ايسنا، رمضان عرب، دانشجوي دکتري شيمي گرايش شيمي فيزيک كه پژوهشي را در قالب رساله دكتري خود با راهنمايي دكتر فريدون گبل و همكاري مسعود نهالي در دانشكده شيمي دانشگاه صنعتي شريف انجام داده، اظهار كرد: قسمت عمده‌اي از افت کارايي در پيل سوختي به دليل اضافه ولتاژ زياد کاهش اکسيژن در کاتد است. همچنين در پيل‌هاي سوختي که در آن‌ها از الکل‌هايي مانند متانول و اتانول به عنوان سوخت استفاده مي‌شود، نشت اين الکل‌ها از بخش آندي به قسمت کاتدي معمولا باعث مسموميت الکترود اکسيژن و افت بيشتر ولتاژ و در نهايت کارايي پيل مي‌شود. بنابراين طراحي کاتاليست‌هاي مناسب که فعاليت خوبي براي واکنش کاهش اکسيژن داشته و در عين حال مقاومت خوبي در مقابل مسموميت با الکل‌ها دارند، همواره مورد توجه بوده ‌است.

وي افزود: در فرايند کاهش اکسيژن، يکي از پارامترهايي که بر سرعت واکنش موثر است، جذب اکسيژن و حد واسط‌ هاي ناشي از کاهش اکسيژن مانند پراکسيد(H2O2) و هيدرواکسيد(OH) روي سطح الکترود است. بنابراين مطالعه‌ نظري جذب اين گونه‌ها روي سطح الکترود مي‌تواند اطلاعاتي در مورد سينتيک و مکانيزم فرايند کاهش اکسيژن در دسترس قرار داده، همچنين در انتخاب فلزات و آلياژهاي مناسب براي کاهش اکسيژن مورد استفاده قرار گيرد.

عرب از روش نظري تابعي دانسيته و روش‌هاي گراديان تعميم يافته مانند B3PW91 براي تفسير و توضيح خواص سيستم‌ها در حالت پايه استفاده كرده، همچنين براي بالا بردن دقت محاسبات خود از تابع پايه‌ (f)LANL2TZ براي نانوخوشه‌هاي پالاديم/مس و براي جذب اکسيژن نيز از تابع پايه‌ MG3S استفاده کرده‌ است.

وي خاطرنشان كرد: نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد که با افزايش بار منفي به نانوخوشه‌ها، مدل‌هاي جذب اکسيژن مولکولي و اتمي و همچنين پايدارترين حالت جذبي تغيير مي‌کند. افزايش مقدار مس در نانوخوشه‌هاي خنثي، انرژي جذب اکسيژن مولکولي و اتمي را کاهش مي‌دهد، در حالي که در نانوخوشه‌هاي منفي باعث افزايش انرژي جذب اکسيژن مولکولي و اتمي مي‌شود. همچنين افزايش مقدار مس در نانوخوشه‌هاي خنثي و منفي باعث تضعيف پيوند اکسيژن مولکولي شده که مي‌تواند در نهايت باعث جذب تفکيکي اکسيژن روي نانوخوشه‌ها شود. البته اين اثر در نانوخوشه‌هاي منفي شديدتر است.

عرب اظهار كرد: تفکيک اکسيژن مولکولي روي نانوخوشه‌هاي خنثي و منفي واکنشي گرمازا بوده و از لحاظ ترموديناميکي انجام‌پذير است. همچنين نانوخوشه‌هاي مس/پالاديوم تمايل بيشتري براي تفکيک اکسيژن نسبت به نانوخوشه‌ي پالاديوم خالص دارند. شايد به همين دليل آلياژهاي مس- پالاديوم هنگام کاهش اکسيژن توليد پراکسيد نمي‌کنند، در حالي که روي پالاديوم خالص پراکسيد توليد مي‌شود.

عرب در پايان گفت: در طراحي پيل‌هاي سوختي، به کمک اين محاسبات نظري مي‌توانيم فلزي را انتخاب کنيم که فعاليت بيشتري براي کاهش اکسيژن داشته باشد.

به گزارش ايسنا، جزئيات اين پژوهش در مجله‌ Journal of Molecular Structure: THEOCHEM (جلد 959، صفحات 21-15، سال 2010) منتشر شده‌ است.

انتهاي پيام