Ηλεκτροκαταλυτικά αποθέματα υψηλής δραστικότητας και-ή επιφάνειας: μελέτη της έκλυσης υδρογόνου, οξείδωσης μεθανόλης και οξείδωσης κυστίνης σε ηλεκτρόδια άνθρακα επιστρωμένα με διμεταλλικούς καταλύτες λευκόχρυσου ή χρυσού και μολύβδου, χαλκού, σιδήρου, κοβαλτίου ή νικελίου
Authors: Παπαδημητρίου Σοφία 
Published: January 2014

Στα πλαίσια της εργασίας αυτής παρουσιάζονται αποτελέσματα σχετικά με την ηλεκτροκαταλυτική δραστικότητα και τις ηλεκτροαναλυτικές εφαρμογές επιπλατινωμένων ή επιχρυσωμένων διμεταλλικών καταλυτών με κέλυφος Pt ή Au και πυρήνα που περιέχει Pb, Cu, Fe, Co ή Ni (συμβολίζονται ως Pt(M) or Au(M) όπου M, Pb, Cu, Fe, Co ή Ni). Οι καταλύτες παρασκευάσθηκαν μέσω της πρόσφατα εισαχθείσας τεχνικής της γαλβανικής αντικατάστασης η οποία βασίζεται στην αυθόρμητη αντικατάσταση στιβάδων του μετάλλου Μ (ηλεκτροχημικά ή χημικά αποτεθέντος σε ηλεκτροδιακό υπόστρωμα) από Pt ή Au κατά την εμβάπτιση του Μ σε διάλυμα χλωροσυμπλόκων των Pt ή Au. Τα αρχικά αποθέματα του Μ σχηματίζονται είτε με ηλεκτροαπόθεσή του σε ηλεκτρόδια υαλώδους άνθρακα (μετά ή χωρίς ηλεκτροχημική οξείδωση του τελευταίου) ή ηλεκτρόδια μικροδίσκου άνθρακα είτε με ενσωμάτωσή του σε ενεργό άνθρακα τύπου Pureblack® ακολουθούμενη από αναγωγή σε ατμόσφαιρα υδρογόνου. Η μικροσκοπία SEM δείχνει την δημιουργία μίκρο και νάνο σωματιδιακών αποθεμάτων ενώ οι φασματοσκοπίες EDS και Auger υποδεικνύουν τη διείσδυση των Pt και Au στον πυρήνα των σωματιδίων. Η φασματοσκοπία XPS επιβεβαιώνει το μεταλλικό χαρακτήρα του Μ στον πυρήνα των σωματιδίων ενώ πειράματα XRD την πλήρη κραματοποίηση των Pt και Au με το Μ. Τέλος, η επιφανειακή ηλεκτροχημεία των παρασκευασθέντων αποθεμάτων Pt(M) και Au(M) σε απαερωμένο διάλυμα οξέος μετά από την έκθεσή τους στα δυναμικά έκλυσης υδρογόνου και οξυγόνου αποδεικνύει το σχηματισμό κελύφους καθαρών Pt και Au. Η τροποποίηση των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων του επιφανειακού Pt ή Au εξαιτίας τάσεων ή φαινομένων συμπλοκοποίησης (ligand effects) που οφείλονται στο υποκείμενο μέταλλο Μ οδηγεί στην επιβράδυνση της έκλυσης υδρογόνου σε ηλεκτρόδια Pt(M) και Au(M) σε σημαντική (δεκαπλάσια) ενίσχυση της οξείδωσης μεθανόλης σε ηλεκτρόδια Pt(Cu) και στην ενίσχυση ενός κύματος οξείδωσης της κυστίνης σε χαμηλά δυναμικά ελεγχόμενου από μεταφορά μάζας σε ηλεκτρόδια Au(Cu). Καταλύτες Pt(Cu) παρασκευασθέντες σε έναν νέου τύπου άνθρακα μεγάλης επιφάνειας (Pureblack®) εμφανίζουν δραστικότητα ως προς την οξείδωση μεθανόλης συγκρίσιμη με αυτήν εμπορικά διαθέσιμου καταλύτη Pt σε άνθρακα Vulcan XR 72C αντισταθμίζοντας την αρνητικήεπίδραση του υδρόφοβου χαρακτήρα του Pureblack® στην εγγενή καταλυτική του δραστικότητα. Τέλος, αποθέματα Pt(Cu) και Au(Cu) σχηματισθέντα σε ηλεκτρόδια μικροδίσκων άνθρακα (διαμέτρου 30 μm) χρησιμοποιούνται επιτυχώς για τον ηλεκτροχημικό προσδιορισμό μεθανόλης στην περιοχή συγκεντρώσεων 0.1 -3 Μ (σχετική με εφαρμογές στοιχείων καύσης) και κυστίνης στην περιοχή 10⁻⁵ 10⁻⁴ M (σχετική με την ανάλυση βιολογικών δειγμάτων). Οι διμεταλλικοί καταλύτες και αποθέματα Pt(M) και Au(M) που παρασκευάσθηκαν με την προτεινόμενη μέθοδο γαλβανικής αντικατάστασης αποδεικνύεται στα πλαίσια της εργασίας αυτής ότι έχουν μια σειρά από ενδιαφέρουσες ηλεκτροχημικές εφαρμογές. Μιας και πρόκειται για αποθέματα κραμάτων που σχηματίζονται σε θερμοκρασία δωματίου έχουν τη δυνατότητα τροποποιημένης καταλυτικής δραστικότητας και μειωμένου φορτίου πολυτίμου μετάλλου αναμένεται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στους ερευνητικούς τομείς της ηλεκτροκατάλυσης και ηλεκτροανάλυσης.