تهيه چندسازه نانولوله‌هاي كربني/ پلاتين بلك و كاربرد آن براي الكتروكاتاليست واكنش آزادسازي هيدروژن

Preparation of carbon nanotubes / Pt Black composite and its application for electro-catalysis of hydrogen evolution reaction

در اين پژوهش، ابتدا چندسازه نانولوله‌هاي كربني/ پلاتين بلك با روش ساده، مؤثر و ارزان تهيه شد. نمونه تهيه شده با روش‌هاي ميكروسكوپي الكتروني عبوري (TEM) و پراش انرژي پرتو ايكس (EDX) مورد بررسي قرار گرفت. تصاوير TEM نشان داد كه نانوذره‌هاي پلاتين به‌صورت دانه‌هاي تسبيح روي ديواره خارجي نانولوله‌هاي كربني تثبيت شده و وجود عنصر پلاتين (Pt) در طيف EDX دليل بر حضور Pt در چندسازه است. سپس، با ساخت الكترود خمير كربن اصلاح شده (CPE) با اين نانو چندسازه، فعاليت كاتاليستي نانو چندسازه تهيه شده در محيط اسيدي به‌وسيله روش‌هاي الكتروشيمي از قبيل ولتامتري روبش خطي در واكنش آزادسازي هيدروژن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج ولتامتري روبش خطي نشان داد كه الكترود CPE اصلاح شده با Pt-CNT نسبت به الكترود CPE، با چگالي جريان بالاتر و پتانسيل كم منفي‌تر در واكنش آزادسازي هيدروژن ظاهر مي‌شود. اثر عامل‌هاي متفاوت مانند نوع و غلظت الكتروليت و نسبت پلاتين بلك به نانولوله‌هاي كربني در الكتروكاتاليست واكنش آزادسازي هيدروژن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه سولفوريك اسيد M 0/1 و نسبت 2:5 از پلاتين بلك به نانولوله‌هاي كربني به‌عنوان شرايط بهينه در واكنش آزادسازي هيدروژن است. تثبيت چنين نانو چندسازه‌اي روي الكترود، موجب پتانسيل شروع فرايند آزادسازي هيدروژن حدود 0/2 V- و كمترين شيب تافل V-1 dec-14 شد. ضريب انتقال الكترون و چگالي مبادله جريان براي Pt-CNT/CPE با استفاده از شيب نمودار تافل به ترتيب حدود 1/3 و mA cm-2 0/12 براي واكنش آزادسازي هيدروژن به‌دست آمده است.

In this work, the carbon nanotubes/platinum black composite was prepared by easy, efficient, and cheap method and morphology of composite was investigated by using tunnelling electron microscopy (TEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The TEM images showed that Pt was immobilized like rosary seeds on external walls of carbon nanotubes and the Pt in EDX spectra confirmed presence of Pt element in composite. Then catalytic activity of this nanocomposite was investigated using carbon paste electrode modified with this nanocomposite for hydrogen evolution reaction in acidic media by electrochemical methods such as linear sweep voltammetry. The linear sweep voltammetry of Pt-CNT/CPE electrode exhibits higher current density and less negative value of potential towards hydrogen evolution reaction than the CPE. Effects of different parameters such as electrolyte type, electrolyte concentration, and platinum black/carbon nanotubes ratio were studied for electrocatalysis of hydrogen evolution reaction. The results showed that sulphuric acid 0.1 M and 2:5 ratio was choice as optimum condition for hydrogen evolution reaction. The deposition of this nanocomposite on the electrode caused onset potential of -0.2 V and the lowest Tafel slope of 4.0 V-1 dec-1 for hydrogen evolution reaction. The electron transfer coefficient and exchange current density for the Pt-CNT/CPE were calculated by Tafel plot about 1.3 and 0.12 mA cm-2, respectively for hydrogen evolution reaction.