PEM tipi yakıt hücreleri için Ti destekli Pt-Co katalizörlerinde Co oranının etkisi

Abstract

Proton Değişimli Yakıt Hücrelerinde (PEMFC) elektro katalizör olarak kullanılan yüksek maliyetli platin bu hücrelerin yaygın bir şekilde (askeriyede, otomotiv sanayinde, taşınılabilir elektronik cihazlarda) kullanımını kısıtlamaya devam ediyor. Nano ölçekte hazırlanan heterojen bimetalik platin katalizörlerin hem maliyet hem de verimlilik açısından iyi sonuçlar vererek PEM tipi hücrelerin yaygın ve etkin bir biçimde kullanılmasına katkı sağlayacağı düşünülüyor. Bu amaç doğrultusunda ultra yüksek vakum (UHV) şartları altında çalışan Magnetron Sıçratma yöntemi ile 22 µg/cm2 metal yüklemesi altında farklı oranlara sahip Pt-Co bimetalik katalizörler hazırlanmıştır. Hazırlanan nano ölçekteki elektrokatalizörlerin yüzey elektronik yapısı X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ve Auger Elektron Spektroskopisi (AES) ile incelenmiş olup, elektro kimyasal karakterizasyon döngüsel voltametri (CV) tekniği kullanılarak yapılmıştır ve bu teknik ile elektrokimyasal aktif yüzey alanı (ECSA) belirlenmiştir. Hazırlanan ultra ince Pt-Co bimetalik katalizörler arasında gram platin başına düşen en yüksek ECSA değeri 104.00 m^2/gPt ile Pt1Co5 oranında elde edilmiştir. Bu çalışma ile elde edilen sonuçlar PEM tipi yakıt hücreleri için hazırlanan platin bimetalik elektro katalizörlerin araştırılmasına öncülük ederek daha verimli katalizörlerin geliştirilmesine katkı sağlayacaktır.

Platinum is still used as a catalyst layer in Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) although it is one of the most valuable material, which prevents the widespread use of these cells in our daily life (in the military, automotive industry, portable electronic devices). The scientific research showed that heterogeneous bimetallic catalysts (Pt-M) prepared as a nanoscale particles contribute to the effective use of Pt and provides good results in terms of cost and efficiency. For this purpose, Pt-Co bimetallic catalysts with different ratios were prepared under 22 µg/cm2 metal loading by Magnetron Sputtering method operating under ultra-high vacuum (UHV) conditions. The electronic structure and stoichiometry of the prepared ultra-thin catalytic surfaces were determined using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) technique. Electrochemical characterization was performed using cyclic voltammetry (CV) technique and electrochemical active surface area (EASA) was calculated according to CV results. Among the ultra-thin Pt-Co bimetallic catalysts, the highest EASA value per gram of platinum was obtained at the ratio of 104.00 m^2/gPt which corresponds to Pt:Co (1:5) ratio. The results obtained in this study will contribute to the development of more efficient catalyst surfaces by leading the research of bimetallic Pt catalysts prepared for PEM type fuel cells.