Μικροσκοπικός (SEM, AFM, SECM), φασματοσκοπικός (EDS) και ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός διμεταλλικών και τριμεταλλικών καταλυτών οξείδωσης μεθανόλης Pt(Ni) και PtRu(Ni) παρασκευασθέντων με γαλβανική αντικατάσταση: χρήση ηλεκτροχημικής μικροσκοπίας σάρωσης (SECM) για τη μελέτη πρακτικών ηλεκτροκαταλυτών
Creators: name: Παπαδεράκης, Αθανάσιος Αντωνίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Ηλεκτροχημική μικροσκοπία σάρωσης
Ηλεκτροκαταλύτες οξείδωσης μεθανόλης
Μέθοδος γαλβανικής αντικατάστασης
Scanning electrochemical microscopy (SECM)
Methanol oxidation electrocatalysis
Galvanic replacement technique

description: Παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της γαλβανικής αντικατάστασης μετάλλου από μέταλλο, επιπλατινωμένα και, για πρώτη φορά, επιπλατινωμένα – επιρουθηνιωμένα αποθέματα Ni σε ηλεκτροδιακά υποστρώματα συμπαγούς Ni (bulk Ni) και ηλεκτροχημικά προαποτεθέντος Ni (πάχους μερικών εκατοντάδων nm) σε υποστρώματα υαλώδους άνθρακα (glassy carbon, GC). Η παρασκευή πραγματοποιήθηκε με απλή εμβάπτιση των ηλεκτροδίων bulk Ni και Ni/GC σε όξινο διάλυμα [PtCl6]2- ή όξινα διαλύματα μίγματος [PtCl6]2- + RuCl3. Η αυθόρμητη μερική αντικατάσταση του Ni από Pt ή Pt – Ru οδήγησε σε ηλεκτρόδια Pt(Ni)/GC, Pt/bulk Ni και PtRu(Ni)/GC, PtRu/bulk Ni, των οποίων η σύσταση και επιφανειακή μορφολογία μελετήθηκαν με φασματοσκοπία EDS και μικροσκοπίες SEM και AFM αντίστοιχα. Αποθέματα Pt(Ni) σε υποστρώματα Au μελετήθηκαν και με SECM. Η ηλεκτροχημική κατεργασία των αποθεμάτων Pt(Ni) και PtRu(Ni) παρουσίασε τυπικά χαρακτηριστικά επιφανειακής ηλεκτροχημείας ηλεκτροδίων Pt και μικτών ηλεκτροδίων Pt – Ru. Τα αποτελέσματα από το φασματοσκοπικό και ηλεκτροχημικό χαρακτηρισμό των αποθεμάτων PtRu(Ni) αποδεικνύουν την έντονη εξάρτηση της αναλογίας Pt÷Ru στο τελικό απόθεμα, από το λόγο των συγκεντρώσεων των πρόδρομων ενώσεων στο διάλυμα ανταλλαγής και το χρόνο εμβάπτισης του υποστρώματος σε αυτό. Τα ηλεκτρόδια PtRu(Ni) εμφανίζουν καταλυτικές ιδιότητες ως προς την οξείδωση της μεθανόλης, με υψηλότερα (συγκριτικά με εκείνα των ηλεκτροδίων Pt(Ni)) ρεύματα σε χαμηλές υπερτάσεις. Το γεγονός αυτό, αποδίδεται στο συνεργιστικό αποτέλεσμα μεταξύ των Pt και Ru (διδραστικός μηχανισμός ηλεκτροχημικής οξείδωσης μεθανόλης). Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, για πρώτη φορά στην Ελλάδα, χρησιμοποιήθηκε επίσης η τεχνική της ηλεκτροχημικής μικροσκοπίας σάρωσης (Scanning Electrochemical Microscopy, SECM) για τη μελέτη της μορφολογίας και τη χαρτογράφηση της καταλυτικής ικανότητας (ως προς την αντίδραση έκλυσης οξυγόνου) πρακτικών ηλεκτροκαταλυτών σκόνης Pt/C. Τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από τις παραπάνω μελέτες με SECM, ελέγχθηκαν ως προς τη συμφωνία τους με τα αντίστοιχα που προέκυψαν από θεωρητικά μοντέλα.
description: Pt-Ni and Pt-Ru-Ni deposits have been formed by a galvanic replacement technique on bulk Ni metal or electrodeposited Ni layers (a few hundred nm thick) on glassy carbon (GC) electrode substrates. The formation of bi – metallic and tri – metallic deposits has been carried out by a process whereby the transition metal has been partially exchanged for Pt or Pt – Ru upon immersion of the bulk Ni or Ni/GC electrodes into a [PtCl6]2- acid solution or a mixture of [PtCl6]2- + RuCl3 in acid. The spontaneous partial replacement of Ni by Pt or Pt – Ru resulted in Pt(Ni) and PtRu(Ni) electrodes whose composition and surface morphology were obtained by energy – dispersive spectrometry (EDS) and scanning electron microscopy (SEM) as well as atomic force microscopy (AFM) respectively. Following electrochemical characterization, Pt(Ni) and PtRu(Ni) deposits displayed typical Pt and mixed Pt – Ru surface electrochemistry in acid and alkaline solutions. PtRu(Ni) catalysts exhibit enhanced electrocatalytic activity towards methanol oxidation (MOR) at low overpotentials. The enhanced activity of the PtRu(Ni) catalyst when compared with Pt(Ni) for MOR has been attributed to the synergistic effect between Pt and Ru (bi – functional mechanism) as reported in the literature. In addition, the electrochemical technique of scanning electrochemical microscopy (SECM) has been utilized for the study of surface topography and local electrocatalytic activity (for oxygen evolution reaction) of commercial electrocatalysts (Pt particles supported on carbon powder).