Janusz Marta
Zakład Dydaktyczny Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
Pracownia Elektroanalizy Chemicznej
Elektrokatalityczne utlenianie etanolu na katalizatorach złożonych z nanocząstek metali szlachetnych modyfikowanych heteropolikwasem wolframowym
Marta Janusz
Promotor: dr hab. Iwona Rutkowska
Opiekun: prof. dr hab. Paweł Kulesza
Powszechnie stosowanym paliwem anodowym jest alkohol etylowy. Istotnym problemem podczas elektroutleniania etanolu jest trudność w rozerwaniu wiązania węgiel-węgiel. Zastosowanie katalizatora platynowego pomaga rozwiązać tę kwestię, dlatego też jest ona podstawowym składnikiem układów katalitycznych aktywnych w procesie elektroutleniania etanolu. Poza wysoką ceną, główną wadą platyny jest zatruwanie jej powierzchni półproduktami powstającymi w trakcie procesu utleniania etanolu, głównie CO, który blokuje powierzchnię katalityczną i wpływa na spadek aktywności. Rozwiązaniem może być stosowanie układów bimetalicznych np. z rutenem, którego zadaniem jest dostarczanie do powierzchni grup hydroksylowych mających utlenić powstający CO do CO2. Ciekawym sposobem poprawy efektywności katalitycznej metali szlachetnych jest zastosowanie heteropolikwasów typu Keggina pełniących funkcję modyfikatorów, które unieruchamiane są na powierzchni metalu na drodze spontanicznej i nieodwracalnej chemisorpcji. Obecność ujemnie naładowanych anionów na powierzchni nanocząstek metali szlachetnych sprzyja zahamowaniu procesu aglomeracji, co jest wynikiem występowania elektrostatycznych oddziaływań odpychających pomiędzy tymi formami. Stosowanie heteropolikwasów jako stabilizatorów dla nanocząstek metali powoduje również zwiększenie powierzchni aktywnej katalizatora, a także dostarczenie dodatkowych grup hydroksylowych ułatwiających usuwanie silnie zaadsorbowanych produktów pośrednich co w rezultacie przyczynia się do poprawy aktywności katalitycznej wobec procesu elektroutleniania alkoholu etylowego.
Celem badań było wytworzenie układów katalitycznych aktywnych w procesie utleniania etanolu w kwaśnym środowisku. Stosowanymi katalizatorami były nanocząstki metali szlachetnych (Pt, PtRu, Rh) niemodyfikowane i modyfikowane heteropolikwasem wolframowym H3PW12O40 (PW12) (Pt/PW12, PtRu/PW12 oraz Rh/PW12) oraz ich kombinacja. Uzyskane wyniki potwierdzają polepszenie właściwości katalitycznych nanocząstek metali szlachetnych modyfikowanych PW12 w stosunku do układów niemodyfikowanych. Połączenie katalizatorów Pt/PW12, PtRu/PW12 oraz Rh/PW12 wpływało korzystnie na proces elektroutleniania etanolu. Z pomiarów woltamperometrycznych wynika, że układ katalityczny złożony z nanocząstek Pt/PW12 oraz PtRu/PW12 charakteryzował się najwyższymi wartościami prądu podczas elektroutleniania etanolu w środowisku kwaśnym. Uzyskane krzywe chronoamperometryczne potwierdzają polepszenie właściwości katalitycznych otrzymanych układów, a małe spadki wartości prądowych z upływem czasu świadczą o stabilności katalizatorów.
Literatura:
[1] R.T.S. Oliveira, M.C. Santos, B.G. Marcussi, S.T. Tanimoto, L.O.S. Bulhoes, E.C. Pereira, Journal of Power Sources 157 (2006) 212–216.
[2] Rakan M. Altarawneh, Peter G. Pickup, Journal of Power Sources 366 (2017) 27–32.
[3] Iwona A. Rutkowska, Sylwia Zoladek, Pawel J. Kulesza, Electrochimica Acta 162 (2015) 215–223.