Łukowska Marta
Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
Pracownia Elektroanalizy i Elektrokatalizy Chemicznej
Elektroredukcja tlenu w środowisku kwaśnym na hybrydowych katalizatorach w środowisku kwaśnym
Marta Łukowska
Promotor: prof. dr hab. Paweł Kulesza
Opiekun: dr hab. Iwona Rutkowska, prof. ucz.
Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi. Jako pierwiastek biogenny, w warunkach normalnych tlen jest bezbarwnym i bezwonnym gazem. Uczestniczy w egzotermicznych procesach spalania, w których uwalniania jest energia. Szczególnym zainteresowaniem w ostatnich latach cieszą się niskotemperaturowe ogniwa paliwowe, w których zachodzi reakcja redukcji tlenu. Mechanizm reakcji redukcji tlenu w środowisku kwaśnym może przebiegać według dwóch różnych mechanizmów: dwuelektronowego lub czteroelektronowego. Mechanizm dwuelektronowy jest mechanizmem niepożądanym, ponieważ podwójne wiązanie w cząsteczce tlenu nie uległo całkowitemu rozerwaniu, przez co powstaje szkodliwy dla membrany ogniwa, produkt pośredni, nadtlenek wodoru. Mechanizm czteroelektronowy jest bardziej pożądany. Tutaj wiązanie podwójne w cząsteczce tlenu jest całkowicie rozerwane, dzięki czemu nie ma produktów pośrednich, a produktem głównym jest cząsteczka wody.
Aby poprawić aktywność katalityczną katalizatorów opartych na platynie oraz zmniejszyć ilość wydzielanego nadtlenku wodoru podczas reakcji redukcji tlenu, podjęto wiele prób wprowadzania stopu platyny z różnymi nanostrukturami węglowymi, ponieważ one wykazują bardzo dobre właściwości termiczne, elektryczne i mechaniczne. Rozważane będą chemicznie zredukowane nanocząstki platyny zdyspergowane na nośnikach wykonanych z nanostruktur węglowych i dodatkowo modyfikowanych nanostrukturami tlenku metalu, przykładowo wolframu(VI), ceru(IV) czy tytanu(IV) [1,2]. Takie układy badano w środowisku kwaśnym (0,5 M H2SO4). Wybrane tlenki metalu posiadają takie właściwości jak wysoka porowatość oraz kwasowość Broensteda, dużą ilość grup hydroksylowych oraz dość szybki transfer elektronów, który może być połączony z niezakłóconym transportem protonów. Dzięki tym cechom tlenek metalu może być bardzo reaktywny w stosunku do rozkładu redukcyjnego szkodliwego produktu pośredniego jakim jest nadtlenek wodoru. W badaniach wykorzystano metodę woltamperometrii cyklicznej, metodę wirującego dysku z pierścieniem oraz metodę chronokulometrii. Wykazano, że układ składający się z nanocząstek platyny, z nośników jakimi są zredukowane nanostruktury węglowe oraz z przewodzącego tlenku metalu jest dobrym układem katalitycznym do redukcji cząsteczki tlenu.
Literatura:
[1] Rutkowska, I.A.; Wadas, A.; Zoladek, S.; Skunik-Nuckowska, M.; Miecznikowski, K.; Negro, E.; Noto, V.D.; Zlotorowicz, A.; Zelenay, P.; Kulesza, P.J. Activation of Reduced-Graphene-Oxide Supported Pt Nanoparticles by Aligning with WO3-Nanowires toward Oxygen Reduction in Acid Medium: Diagnosis with Rotating-Ring-Disk Voltammetry and Double-Potential-Step Chronocoulometry. J. Electrochem. Soc., 2018, 165, J3384–J3391.
[2] Kostuch A., Rutkowska I., Dembińska B., Wadas A., Negro E., Vezzu K., Di Noto V., Kulesza P.J., Enhancement of Activity and Development of Low Pt Content Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction in Acid Media. Molecules, 2021, 26(17), 5147.